JP2020030102A - Fine particle sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微粒子センサ、特に、通気管を流通する測定対象ガスに含まれる微粒子を検知する微粒子センサに関する。 The present invention relates to a particle sensor, and more particularly, to a particle sensor that detects particles contained in a gas to be measured flowing through a ventilation pipe.
内燃機関(例えば、ディーゼルエンジン)では、その排気ガス中にススなどの微粒子を含むことがある。このような微粒子を含む排気ガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われる。また、必要に応じてフィルタを高温にすることで、このフィルタに蓄積した微粒子を燃焼させて除去することも行われている。しかるに、フィルタが破損するなどの不具合を生じた場合には、未浄化の排気ガスが直接、フィルタの下流に排出されることとなる。そこで、排気ガス中の微粒子の量を直接計測したり、フィルタの不具合を検知すべく、排気ガス中の微粒子の量を検知可能な微粒子センサが求められている。 In an internal combustion engine (for example, a diesel engine), fine particles such as soot may be included in the exhaust gas. The exhaust gas containing such fine particles is collected and purified by a filter. Further, if necessary, a filter is heated to a high temperature to burn and remove fine particles accumulated in the filter. However, when a problem such as breakage of the filter occurs, unpurified exhaust gas is directly discharged downstream of the filter. Therefore, there is a need for a particle sensor capable of directly measuring the amount of fine particles in exhaust gas and detecting the amount of fine particles in exhaust gas in order to detect a failure of a filter.
このような微粒子センサは、例えば、特許文献1に開示されている。特許文献1の微粒子センサは、軸線方向の先端側から後端側に延びる微粒子センサであって、当該微粒子センサの先端側の部位が、微粒子を含む測定対象ガスが流通する接地電位とされた通気管に装着されて、測定対象ガス中の微粒子の量を検知する。この微粒子センサは、通気管に装着されて接地電位とされる筒状の外側金具と、接地電位とは異なる第1電位とされ、外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具とを備える。 Such a particle sensor is disclosed, for example, in Patent Document 1. The fine particle sensor disclosed in Patent Document 1 is a fine particle sensor extending from the front end side to the rear end side in the axial direction, and a portion on the front end side of the fine particle sensor is set to a ground potential through which a gas to be measured containing fine particles flows. It is attached to the trachea and detects the amount of fine particles in the gas to be measured. This particle sensor includes a cylindrical outer fitting mounted on a ventilation pipe and set to a ground potential, and an inner fitting set to a first potential different from the ground potential and surrounded around the radial direction by the outer fitting.
さらに、この微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状をなし、内側金具と外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する絶縁スペーサを備える。この絶縁スペーサは、当該絶縁スペーサの先端側に位置して測定対象ガスに接触するガス接触部、及び、このガス接触部を加熱するヒータを有する。さらに、この微粒子センサは、電気絶縁性粉末を圧縮成形した環状の圧粉体であって、絶縁スペーサの外周面と外側金具との間に介在して、絶縁スペーサの外周面と外側金具との間を気密に封止する圧粉体を備える。詳細には、圧粉体の内周面が絶縁スペーサの外周面に圧接すると共に、圧粉体の外周面が外側金具の内周面に圧接することで、絶縁スペーサの外周面と外側金具との間が気密に封止される。 Further, the particle sensor has a cylindrical shape extending in the axial direction, and includes an insulating spacer interposed between the inner metal fitting and the outer metal fitting to electrically insulate them. The insulating spacer has a gas contact portion located on the tip side of the insulating spacer and in contact with the gas to be measured, and a heater for heating the gas contact portion. Further, the fine particle sensor is an annular green compact obtained by compression-molding an electrically insulating powder, and is interposed between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the outer metal fitting, and is provided between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the outer metal fitting. A compact is provided that hermetically seals the space. Specifically, the inner peripheral surface of the green compact is pressed against the outer peripheral surface of the insulating spacer, and the outer peripheral surface of the green compact is pressed against the inner peripheral surface of the outer metal fitting. Is hermetically sealed.
絶縁スペーサは、電気絶縁性のセラミックからなる筒状のスペーサ本体と、このスペーサ本体の外周面に巻き付けられたシート状ヒータ部とを備える。シート状ヒータ部は、電気絶縁性のセラミックからなる第1セラミックシート及び第2セラミックシートと、これらの間に介在する膜状のヒータとを備える。このシート状ヒータ部は、当該シート状ヒータ部の周方向一端部と周方向他端部とが重なり合わないように、スペーサ本体の外周面に巻き付けられている。詳細には、シート状ヒータ部は、周方向一端部と周方向他端部とが離間する態様で、スペーサ本体の外周面に巻き付けられており、断面C字状をなしている。 The insulating spacer includes a cylindrical spacer main body made of an electrically insulating ceramic and a sheet-like heater wound around the outer peripheral surface of the spacer main body. The sheet-shaped heater section includes a first ceramic sheet and a second ceramic sheet made of an electrically insulating ceramic, and a film-shaped heater interposed therebetween. The sheet-shaped heater is wound around the outer peripheral surface of the spacer body so that one end in the circumferential direction and the other end in the circumferential direction of the sheet-shaped heater do not overlap. Specifically, the sheet-shaped heater portion is wound around the outer peripheral surface of the spacer body such that one end in the circumferential direction and the other end in the circumferential direction are separated from each other, and has a C-shaped cross section.
ところで、上述の微粒子センサでは、圧粉体が、絶縁スペーサの外周面であるシート状ヒータ部の外周面と接触している。ところが、前述のように、シート状ヒータ部は、周方向一端部と周方向他端部とが離間する態様でスペーサ本体の外周面に巻き付けられているため、周方向一端部と周方向他端部との間に軸線方向に延びる隙間を有している。ところが、この隙間を、圧粉体の一部(内周面部分)によって埋めることができず、絶縁スペーサの外周面と外側金具との間を気密に封止(密閉)することができないことがあった。具体的には、この隙間を通じて、圧粉体の内周面と絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過して、微粒子センサの外部から内部に測定対象ガスが流入する虞があった。 By the way, in the above-mentioned fine particle sensor, the green compact is in contact with the outer peripheral surface of the sheet-shaped heater portion, which is the outer peripheral surface of the insulating spacer. However, as described above, since the sheet-shaped heater portion is wound around the outer peripheral surface of the spacer main body in such a manner that one end in the circumferential direction and the other end in the circumferential direction are separated from each other, one end in the circumferential direction and the other end in the circumferential direction. A gap extending in the axial direction between the first and second portions. However, this gap cannot be filled with a part of the green compact (the inner peripheral surface portion), and the space between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the outer metal fitting cannot be air-tightly sealed. there were. Specifically, the gas to be measured may pass through the gap between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer, and the gas to be measured may flow from the outside to the inside of the particle sensor. Was.
さらには、スペーサ本体の外周面に巻き付けられているシート状ヒータ部の周方向一端部または周方向他端部が、スペーサ本体の外周面から剥離することがあり、この剥離した周方向一端部または周方向他端部とスペーサ本体の外周面との間に、微小な隙間(軸線方向に延びる隙間)が形成されることがあった。この微小な隙間を、圧粉体の一部(内周面部分)によって埋めることが困難であるため、圧粉体によって、絶縁スペーサの外周面と外側金具との間を気密に封止(密閉)することができないことがあった。具体的には、この微小な隙間を通じて、圧粉体の内周面と絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過して、微粒子センサの外部から内部に測定対象ガスが流入する虞があった。 Further, one end in the circumferential direction or the other end in the circumferential direction of the sheet-shaped heater portion wound around the outer peripheral surface of the spacer main body may be separated from the outer peripheral surface of the spacer main body. A minute gap (a gap extending in the axial direction) was sometimes formed between the other end in the circumferential direction and the outer peripheral surface of the spacer body. Since it is difficult to fill the minute gap with a part (the inner peripheral surface part) of the green compact, the green compact is used to hermetically seal (close) the outer peripheral surface of the insulating spacer and the outer fitting with the green compact. ) I couldn't do that. Specifically, the gas to be measured may pass between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer through the minute gap, and the gas to be measured may flow from the outside to the inside of the particle sensor. was there.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、圧粉体の内周面と絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過しないように、圧粉体の内周面が絶縁スペーサの外周面に接触した微粒子センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the inner peripheral surface of the green compact is formed so that the gas to be measured does not pass between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer. It is an object of the present invention to provide a fine particle sensor in contact with an outer peripheral surface of an insulating spacer.
本発明の一態様は、軸線方向の先端側から後端側に延びる微粒子センサであって、当該微粒子センサの先端側の部位が、微粒子を含む測定対象ガスが流通する接地電位とされた通気管に装着されて、前記測定対象ガス中の前記微粒子の量を検知する微粒子センサにおいて、前記通気管に装着されて前記接地電位とされる筒状の外側金具と、前記接地電位とは異なる第1電位とされ、前記外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具と、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記内側金具と前記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁してなり、前記測定対象ガスに接触するガス接触部を自身の前記軸線方向の先端側に有する絶縁スペーサと、電気絶縁性粉末からなる環状の圧粉体であって、前記絶縁スペーサの外周面と前記外側金具の内周面との間に介在する圧粉体と、を備え、前記絶縁スペーサは、電気絶縁性のセラミックからなる筒状の本体部と、電気絶縁性のセラミックシート、及び、前記セラミックシートの内側面に形成された膜状の発熱抵抗体、を有する発熱シートであって、前記本体部の外周面のうち前記軸線方向の先端側の部位に巻き付けられて、前記ガス接触部を加熱する発熱シートと、前記本体部の前記外周面に形成された膜状のリード部であって、前記発熱抵抗体に接続して前記軸線方向の後端側に延びるリード部と、前記本体部の前記外周面に形成されて、前記リード部の後端部に接続する膜状の端子接続部と、前記端子接続部を被覆することなく、前記リード部の少なくとも一部を被覆する態様で、前記本体部の前記外周面の少なくとも一部を、周方向の全体にわたって隙間無く被覆する環状の電気絶縁膜と、を備え、前記圧粉体は、前記軸線方向について前記発熱シートよりも後端側に位置し、前記圧粉体の内周面の少なくとも一部は、周方向の全体にわたって前記電気絶縁膜と接触して、前記絶縁スペーサの前記外周面と前記外側金具の前記内周面との間を気密に封止してなる微粒子センサである。 One embodiment of the present invention is a fine particle sensor extending from a front end side to a rear end side in an axial direction, and a portion of the front end side of the fine particle sensor is set to a ground potential through which a measurement target gas including fine particles flows. A particulate outer sensor attached to the ventilation pipe and configured to detect the amount of the particulates in the gas to be measured; It is set to a potential, and the inner metal member surrounded by the outer metal member in the radial direction is formed in a cylindrical shape extending in the axial direction, and is interposed between the inner metal member and the outer metal member to electrically insulate them. An insulating spacer having a gas contact portion in contact with the gas to be measured on the tip side in the axial direction thereof, and an annular green compact made of an electrically insulating powder, and an outer peripheral surface of the insulating spacer. The outer bracket And a green compact interposed between the inner peripheral surface and the insulating spacer, wherein the insulating spacer is a cylindrical main body made of electrically insulating ceramic, an electrically insulating ceramic sheet, and A heat generating sheet having a film-shaped heat generating resistor formed on a side surface thereof, wherein the heat generating sheet is wound around a portion of the outer peripheral surface of the main body portion on the tip side in the axial direction to heat the gas contact portion. A film-like lead formed on the outer peripheral surface of the main body, the lead being connected to the heating resistor and extending toward the rear end in the axial direction; and the outer peripheral surface of the main body. And a film-shaped terminal connection portion connected to the rear end of the lead portion, and without covering the terminal connection portion, covering at least a part of the lead portion, At least a part of the outer peripheral surface, An annular electrical insulating film that covers without gaps over the entire direction, wherein the green compact is located on the rear end side of the heat generating sheet in the axial direction and at least an inner peripheral surface of the green compact. A part is a fine particle sensor that is in contact with the electrical insulating film over the entire circumferential direction and hermetically seals a gap between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting.
上述の微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状をなし、内側金具と外側金具との間に介在して、内側金具と外側金具とを電気的に絶縁する絶縁スペーサを備える。この絶縁スペーサは、電気絶縁性のセラミックからなる筒状の本体部と、この本体部の外周面のうち軸線方向の先端側の部位に巻き付けられた発熱シートと、本体部の外周面に形成された膜状のリード部と、本体部の外周面に形成されてリード部の後端部に接続する膜状の端子接続部とを有している。このうち、発熱シートは、電気絶縁性のセラミックシート、及び、このセラミックシートの内側面(内周面)に形成された膜状の発熱抵抗体を有する。この発熱シートは、「絶縁スペーサのうち軸線方向の先端側に位置して測定対象ガスに接触するガス接触部」を加熱する。 The above-described particle sensor has a cylindrical shape extending in the axial direction, and includes an insulating spacer interposed between the inner fitting and the outer fitting to electrically insulate the inner fitting and the outer fitting. The insulating spacer is formed on a cylindrical main body made of an electrically insulating ceramic, a heat generating sheet wound around a portion of the outer peripheral surface of the main body near the axial end, and an outer peripheral surface of the main body. And a film-like terminal connection formed on the outer peripheral surface of the main body and connected to the rear end of the lead. The heating sheet includes an electrically insulating ceramic sheet and a film-shaped heating resistor formed on the inner surface (inner peripheral surface) of the ceramic sheet. The heat generation sheet heats the “gas contact portion of the insulating spacer that is located on the distal end side in the axial direction and contacts the gas to be measured”.
ところで、絶縁スペーサのガス接触部に、測定対象ガスに含まれるススなどの異物が付着すると、ガス接触部の表面の絶縁性が低下する。これにより、第1電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性が低下する。このような状態で、微粒子センサによって微粒子検知を行うと、測定対象ガス中の微粒子の量を適切に検知することができない虞がある。 By the way, if foreign matter such as soot contained in the gas to be measured adheres to the gas contact portion of the insulating spacer, the insulating property of the surface of the gas contact portion decreases. As a result, the insulation between the inner metal fitting at the first potential and the outer metal fitting at the ground potential is reduced. If fine particle detection is performed by the fine particle sensor in such a state, the amount of fine particles in the gas to be measured may not be properly detected.
これに対し、上述の微粒子センサでは、絶縁スペーサが、ガス接触部を加熱する発熱シートを有する。このため、絶縁スペーサのガス接触部に、測定対象ガスに含まれるススなどの異物が付着した場合でも、発熱シートによってガス接触部を加熱することで、ガス接触部の表面に付着しているススなどの異物を除去することができる。これにより、第1電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性を回復させて、測定対象ガス中の微粒子の量を適切に検知することが可能となる。 On the other hand, in the above-described particle sensor, the insulating spacer has the heating sheet for heating the gas contact portion. Therefore, even when foreign matter such as soot contained in the gas to be measured adheres to the gas contact portion of the insulating spacer, the soot adhering to the surface of the gas contact portion is heated by heating the gas contact portion with the heating sheet. Foreign matter such as can be removed. Thus, the insulation between the inner metal fitting at the first potential and the outer metal fitting at the ground potential can be restored, and the amount of fine particles in the gas to be measured can be appropriately detected.
また、上述の微粒子センサは、電気絶縁性粉末(例えば、滑石などのセラミック粉末)からなる環状の圧粉体であって、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間に介在して、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間を気密に封止(密閉)する圧粉体を備える。詳細には、圧粉体の内周面が絶縁スペーサの外周面に圧接すると共に、圧粉体の外周面が外側金具の内周面に圧接することで、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間が気密に封止される。この圧粉体は、軸線方向について、絶縁スペーサの発熱シートよりも後端側に位置している。 Further, the above-mentioned fine particle sensor is an annular green compact made of an electrically insulating powder (for example, ceramic powder such as talc), and is interposed between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting. And a green compact for hermetically sealing (sealing) the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting. Specifically, the inner peripheral surface of the green compact is pressed against the outer peripheral surface of the insulating spacer, and the outer peripheral surface of the green compact is pressed against the inner peripheral surface of the outer metal fitting. The space between the inner peripheral surface and the inner peripheral surface is hermetically sealed. This green compact is located on the rear end side of the heat generating sheet of the insulating spacer in the axial direction.
すなわち、上述の微粒子センサでは、圧粉体を、絶縁スペーサの外周面のうち発熱シートよりも後端側に位置する部位に接触させる態様で、絶縁スペーサと外側金具との間に介在させて、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間を気密に封止するようにしている。このため、発熱シートが、当該発熱シートの周方向一端部と周方向他端部とが離間する態様で本体部の外周面に巻き付けられており、周方向一端部と周方向他端部との間に軸線方向に延びる隙間を有している場合でも、上述の微粒子センサでは、この隙間を圧粉体によって埋めて気密にする必要がない。さらには、発熱シートの周方向一端部または周方向他端部が本体部の外周面から剥離して、この剥離した周方向一端部または周方向他端部と本体部の外周面との間に微小な隙間が形成されている場合でも、上述の微粒子センサでは、この微小な隙間を圧粉体によって埋めて気密にする必要がない。 That is, in the above-described fine particle sensor, the compact is interposed between the insulating spacer and the outer metal fitting in such a manner that the green compact is brought into contact with a portion of the outer peripheral surface of the insulating spacer located closer to the rear end side than the heat generating sheet. The space between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting is hermetically sealed. For this reason, the heat generating sheet is wound around the outer peripheral surface of the main body in such a manner that one end in the circumferential direction and the other end in the circumferential direction of the heat generating sheet are separated from each other. Even in the case where there is a gap extending in the axial direction, the above-described fine particle sensor does not need to fill the gap with a compact to make it airtight. Further, one end in the circumferential direction or the other end in the circumferential direction of the heating sheet is peeled off from the outer peripheral surface of the main body, and between the one end in the circumferential direction or the other end in the circumferential direction and the outer peripheral surface of the main body. Even when a minute gap is formed, the above-described fine particle sensor does not need to fill the minute gap with a compact to make it airtight.
さらに、上述の微粒子センサでは、絶縁スペーサが、端子接続部を被覆することなく、リード部の少なくとも一部を被覆する態様で、本体部の外周面の少なくとも一部(軸線方向一部)を、周方向の全体にわたって隙間無く被覆する環状の電気絶縁膜を有している。
さらには、圧粉体の内周面の少なくとも一部(軸線方向一部)が、絶縁スペーサの外周面の周方向の全体にわたって電気絶縁膜(その外周面)と接触(詳細には、圧粉体によって電気絶縁膜を径方向内側に押圧する態様で接触)して、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間を気密に封止している。
Further, in the above-described particle sensor, at least a part (a part in the axial direction) of the outer peripheral surface of the main body part is formed in such a manner that the insulating spacer covers at least a part of the lead part without covering the terminal connection part. It has an annular electrical insulating film that covers the entire circumferential direction without gaps.
Further, at least a part (part in the axial direction) of the inner peripheral surface of the green compact is in contact with the electric insulating film (the outer peripheral surface) over the entire circumferential direction of the outer peripheral surface of the insulating spacer. The body presses the electrical insulating film in a manner of pressing it radially inward) to hermetically seal the gap between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting.
これにより、上述の微粒子センサでは、圧粉体の内周面を、絶縁スペーサの外周面の周方向の全体にわたって、絶縁スペーサの外周面(詳細には、電気絶縁膜の外周面)に対し、隙間無く(詳細には、圧粉体の内周面と絶縁スペーサの外周面との間に、両者の間を軸線方向に測定対象ガスが通過する隙間が無いように)接触させることができる。従って、上述の微粒子センサは、圧粉体の内周面と絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過しないように、圧粉体の内周面が絶縁スペーサの外周面に接触した微粒子センサとなる。ひいては、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間に介在する圧粉体によって、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間が気密に封止(密閉)された微粒子センサとなる。 Accordingly, in the above-described fine particle sensor, the inner peripheral surface of the green compact is formed over the entire outer peripheral surface of the insulating spacer in the circumferential direction with respect to the outer peripheral surface of the insulating spacer (specifically, the outer peripheral surface of the electric insulating film). Contact can be made without a gap (specifically, there is no gap between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer so that the gas to be measured passes in the axial direction between the two). Therefore, in the above-described fine particle sensor, the inner peripheral surface of the green compact was in contact with the outer peripheral surface of the insulating spacer so that the gas to be measured did not pass between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer. It becomes a particle sensor. Eventually, the compact between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer bracket hermetically seals (closes) the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer bracket. It becomes a particle sensor.
なお、電気絶縁膜としては、例えば、電気絶縁性セラミックの溶射膜や電気絶縁性ガラス膜などを挙げることができる。
また、膜状のリード部としては、例えば、インクジェット印刷やタンポ印刷などによって、本体部の外周面に直接印刷することで形成したものを挙げることができる。
In addition, as the electric insulating film, for example, a sprayed film of an electric insulating ceramic, an electric insulating glass film, or the like can be given.
Examples of the film-shaped lead portion include those formed by directly printing on the outer peripheral surface of the main body portion by, for example, inkjet printing or tampo printing.
さらに、前記の微粒子センサであって、前記電気絶縁膜の厚みは、前記セラミックシートの厚みよりも薄い微粒子センサとすると良い。 Further, in the above-mentioned particle sensor, it is preferable that the thickness of the electric insulating film is smaller than the thickness of the ceramic sheet.
上述の微粒子センサでは、電気絶縁膜の厚みが、セラミックシートの厚みよりも薄くされている。このため、電気絶縁膜の厚みを、セラミックシートの厚みと同等以上にする場合に比べて、絶縁スペーサの熱容量を小さくすることができる。従って、上述の微粒子センサでは、絶縁スペーサの外周面と外側金具との間を気密に封止するために、本体部の外周面に電気絶縁膜を設けているが、絶縁スペーサにおける発熱量の低下(詳細には、発熱シートの加熱によるガス接触部の温度上昇率の低下)を抑制することができる。 In the above-described fine particle sensor, the thickness of the electric insulating film is smaller than the thickness of the ceramic sheet. For this reason, the heat capacity of the insulating spacer can be reduced as compared with the case where the thickness of the electric insulating film is equal to or greater than the thickness of the ceramic sheet. Therefore, in the above-described particle sensor, an electric insulating film is provided on the outer peripheral surface of the main body in order to hermetically seal the outer peripheral surface of the insulating spacer and the outer metal fitting. (Specifically, a decrease in the rate of temperature rise of the gas contact portion due to heating of the heat generating sheet) can be suppressed.
また、本発明の他の態様は、軸線方向の先端側から後端側に延びる微粒子センサであって、当該微粒子センサの先端側の部位が、微粒子を含む測定対象ガスが流通する接地電位とされた通気管に装着されて、前記測定対象ガス中の前記微粒子の量を検知する微粒子センサにおいて、前記通気管に装着されて前記接地電位とされる筒状の外側金具と、前記接地電位とは異なる第1電位とされ、前記外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具と、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記内側金具と前記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁してなり、前記測定対象ガスに接触するガス接触部を自身の前記軸線方向の先端側に有する絶縁スペーサと、電気絶縁性粉末からなる環状の圧粉体であって、前記絶縁スペーサの外周面と前記外側金具の内周面との間に介在する圧粉体と、を備え、前記絶縁スペーサは、電気絶縁性のセラミックからなる筒状の本体部と、前記本体部の前記外周面のうち前記軸線方向の先端側の部位に形成された膜状の発熱抵抗体であって、前記ガス接触部を加熱する発熱抵抗体と、前記本体部の前記外周面に形成された膜状のリード部であって、前記発熱抵抗体に接続して前記軸線方向の後端側に延びるリード部と、前記本体部の前記外周面に形成されて、前記リード部の後端部に接続する膜状の端子接続部と、前記端子接続部を被覆することなく、前記リード部の少なくとも一部を被覆する態様で、前記本体部の前記外周面の少なくとも一部を、周方向の全体にわたって隙間無く被覆する環状の電気絶縁膜と、を備え、前記圧粉体の内周面の少なくとも一部は、周方向の全体にわたって前記電気絶縁膜と接触して、前記絶縁スペーサの前記外周面と前記外側金具の前記内周面との間を気密に封止してなる微粒子センサである。 Another aspect of the present invention is a fine particle sensor extending from the front end side to the rear end side in the axial direction, wherein a portion on the front end side of the fine particle sensor is set to a ground potential through which a measurement target gas including fine particles flows. In the fine particle sensor attached to the ventilation pipe, which detects the amount of the fine particles in the gas to be measured, a cylindrical outer fitting attached to the ventilation pipe and set to the ground potential, and the ground potential is A first potential different from that of the first metal member, the inner metal member surrounded by the outer metal member in a radial direction, and a cylindrical shape extending in the axial direction. The inner metal member and the outer metal member are interposed between and electrically connected to each other. An insulating spacer having a gas contact portion in contact with the gas to be measured on its tip side in the axial direction, and an annular green compact made of an electrically insulating powder, Outer peripheral surface and said And a compact interposed between the inner peripheral surface of the side fitting and the inner spacer, wherein the insulating spacer is a cylindrical main body made of electrically insulating ceramic, and the axial line of the outer peripheral surface of the main body. A heating resistor for heating the gas contact portion, and a film-like lead formed on the outer peripheral surface of the main body. A lead portion connected to the heating resistor and extending toward the rear end side in the axial direction; and a film-shaped terminal connection formed on the outer peripheral surface of the main body portion and connected to the rear end portion of the lead portion. A portion that covers at least a portion of the lead portion without covering the terminal connection portion, and that covers at least a portion of the outer peripheral surface of the main body portion with no gap over the entire circumferential direction. An electrical insulating film; A part is a fine particle sensor that is in contact with the electric insulating film over the entire circumferential direction and hermetically seals the gap between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting. .
上述の微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状をなし、内側金具と外側金具との間に介在して、内側金具と外側金具とを電気的に絶縁する絶縁スペーサを備える。この絶縁スペーサは、電気絶縁性のセラミックからなる筒状の本体部と、この本体部の外周面のうち軸線方向の先端側の部位に形成された膜状の発熱抵抗体と、本体部の外周面に形成された膜状のリード部と、本体部の外周面に形成されてリード部の後端部に接続する膜状の端子接続部とを有している。なお、リード部は、発熱抵抗体に接続して軸線方向の後端側に延びている。 The above-described particle sensor has a cylindrical shape extending in the axial direction, and includes an insulating spacer interposed between the inner fitting and the outer fitting to electrically insulate the inner fitting and the outer fitting. The insulating spacer includes a cylindrical main body made of an electrically insulating ceramic, a film-shaped heating resistor formed at a portion of the outer peripheral surface of the main body near the axial end, and an outer periphery of the main body. It has a film-shaped lead portion formed on the surface and a film-shaped terminal connection portion formed on the outer peripheral surface of the main body and connected to the rear end of the lead portion. The lead portion is connected to the heating resistor and extends toward the rear end in the axial direction.
絶縁スペーサの発熱抵抗体は、「絶縁スペーサのうち軸線方向の先端側に位置して測定対象ガスに接触するガス接触部」を加熱する。このため、上述の微粒子センサでは、絶縁スペーサのガス接触部に測定対象ガスに含まれるススなどの異物が付着した場合でも、発熱抵抗体によってガス接触部を加熱することで、ガス接触部の表面に付着しているススなどの異物を除去することができる。これにより、第1電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の絶縁性を回復させて、測定対象ガス中の微粒子の量を適切に検知することが可能となる。 The heating resistor of the insulating spacer heats the “gas contact portion of the insulating spacer that is located at the distal end side in the axial direction and contacts the gas to be measured”. For this reason, in the above-described fine particle sensor, even when foreign matter such as soot contained in the gas to be measured adheres to the gas contact portion of the insulating spacer, the gas contact portion is heated by the heat generating resistor, and the surface of the gas contact portion is heated. Foreign matter such as soot adhering to the surface can be removed. Thus, the insulation between the inner metal fitting at the first potential and the outer metal fitting at the ground potential can be restored, and the amount of fine particles in the gas to be measured can be appropriately detected.
また、上述の微粒子センサは、電気絶縁性粉末(例えば、滑石などのセラミック粉末)からなる環状の圧粉体であって、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間に介在して、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間を気密に封止(密閉)する圧粉体を備える。詳細には、圧粉体の内周面が絶縁スペーサの外周面に圧接すると共に、圧粉体の外周面が外側金具の内周面に圧接することで、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間が気密に封止される。 Further, the above-mentioned fine particle sensor is an annular green compact made of an electrically insulating powder (for example, ceramic powder such as talc), and is interposed between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting. And a green compact for hermetically sealing (sealing) the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting. Specifically, the inner peripheral surface of the green compact is pressed against the outer peripheral surface of the insulating spacer, and the outer peripheral surface of the green compact is pressed against the inner peripheral surface of the outer metal fitting. The space between the inner peripheral surface and the inner peripheral surface is hermetically sealed.
さらに、上述の微粒子センサでは、絶縁スペーサが、端子接続部を被覆することなく、リード部の少なくとも一部を被覆する態様で、本体部の外周面の少なくとも一部(軸線方向一部)を、周方向の全体にわたって隙間無く被覆する環状の電気絶縁膜を有している。
さらには、圧粉体の内周面の少なくとも一部(軸線方向一部)が、絶縁スペーサの外周面の周方向の全体にわたって電気絶縁膜(その外周面)と接触(詳細には、圧粉体によって電気絶縁膜を径方向内側に押圧する態様で接触)して、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間を気密に封止している。
Further, in the above-described particle sensor, at least a part (a part in the axial direction) of the outer peripheral surface of the main body part is formed in such a manner that the insulating spacer covers at least a part of the lead part without covering the terminal connection part. It has an annular electrical insulating film that covers the entire circumferential direction without gaps.
Further, at least a part (part in the axial direction) of the inner peripheral surface of the green compact is in contact with the electric insulating film (the outer peripheral surface) over the entire circumferential direction of the outer peripheral surface of the insulating spacer. The body presses the electrical insulating film in a manner of pressing it radially inward) to hermetically seal the gap between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting.
これにより、上述の微粒子センサでは、圧粉体の内周面を、絶縁スペーサの外周面の周方向の全体にわたって、絶縁スペーサの外周面(詳細には、電気絶縁膜の外周面)に対し、隙間無く(詳細には、圧粉体の内周面と絶縁スペーサの外周面との間に、両者の間を軸線方向に測定対象ガスが通過する隙間が無いように)接触させることができる。従って、上述の微粒子センサは、圧粉体の内周面と絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過しないように、圧粉体の内周面が絶縁スペーサの外周面に接触した微粒子センサとなる。ひいては、絶縁スペーサの外周面と外側金具との内周面の間に介在する圧粉体によって、絶縁スペーサの外周面と外側金具の内周面との間が気密に封止(密閉)された微粒子センサとなる。 Accordingly, in the above-described fine particle sensor, the inner peripheral surface of the green compact is formed over the entire outer peripheral surface of the insulating spacer in the circumferential direction with respect to the outer peripheral surface of the insulating spacer (specifically, the outer peripheral surface of the electric insulating film). Contact can be made without a gap (specifically, there is no gap between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer so that the gas to be measured passes in the axial direction between the two). Therefore, in the above-described fine particle sensor, the inner peripheral surface of the green compact was in contact with the outer peripheral surface of the insulating spacer so that the gas to be measured did not pass between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer. It becomes a particle sensor. Eventually, the space between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting is hermetically sealed (sealed) by the green compact interposed between the outer peripheral face of the insulating spacer and the inner peripheral face of the outer fitting. It becomes a particle sensor.
なお、電気絶縁膜としては、例えば、電気絶縁性セラミックの溶射膜や電気絶縁性ガラス膜などを挙げることができる。
また、膜状の発熱抵抗体及び膜状のリード部としては、例えば、インクジェット印刷やタンポ印刷などによって、本体部の外周面に直接印刷することで形成したものを挙げることができる。
In addition, as the electric insulating film, for example, a sprayed film of an electric insulating ceramic, an electric insulating glass film, or the like can be given.
Examples of the film-shaped heating resistor and the film-shaped lead portion include those formed by directly printing on the outer peripheral surface of the main body portion by, for example, inkjet printing or tampo printing.
さらに、前記の微粒子センサであって、前記電気絶縁膜の厚みは、前記本体部の厚みよりも薄い微粒子センサとすると良い。 Further, in the above-mentioned particle sensor, it is preferable that the thickness of the electric insulating film is smaller than the thickness of the main body.
上述の微粒子センサでは、絶縁スペーサにおいて、電気絶縁膜の厚みが、本体部の厚みよりも薄くされている。このため、電気絶縁膜の厚みを、本体部の厚みと同等以上にする場合に比べて、絶縁スペーサの熱容量を小さくすることができる。従って、上述の微粒子センサでは、絶縁スペーサの外周面と外側金具との間を気密に封止するために、本体部の外周面に電気絶縁膜を設けているが、絶縁スペーサの発熱量の低下(詳細には、発熱抵抗体の加熱によるガス接触部の温度上昇率の低下)を小さくすることができる。 In the above-described fine particle sensor, in the insulating spacer, the thickness of the electric insulating film is smaller than the thickness of the main body. Therefore, the heat capacity of the insulating spacer can be reduced as compared with the case where the thickness of the electric insulating film is equal to or greater than the thickness of the main body. Therefore, in the above-described particle sensor, an electric insulating film is provided on the outer peripheral surface of the main body in order to airtightly seal between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the outer metal fitting. (Specifically, a decrease in the rate of temperature rise of the gas contact portion due to heating of the heating resistor) can be reduced.
さらに、前記いずれかの微粒子センサであって、前記発熱抵抗体は、前記絶縁スペーサの外周面に露出することなく、前記電気絶縁膜によって被覆されている微粒子センサとすると良い。 Further, in any one of the particle sensors described above, the heating resistor may be a particle sensor covered with the electrical insulating film without being exposed on an outer peripheral surface of the insulating spacer.
前述のように、発熱抵抗体は、絶縁スペーサのうち軸線方向の先端側に位置している。ところが、絶縁スペーサのうち軸線方向の先端側の部位は、測定対象ガスに接触するガス接触部となっている。このため、仮に、発熱抵抗体が絶縁スペーサの外周面に露出している場合には、発熱抵抗体の表面及び発熱抵抗体の周囲(本体部の外周面)に、測定対象ガスに含まれるススなどの異物が付着することで、発熱抵抗体が短絡する虞がある。 As described above, the heating resistor is located on the distal end side in the axial direction of the insulating spacer. However, the portion of the insulating spacer on the distal end side in the axial direction is a gas contact portion that contacts the gas to be measured. Therefore, if the heating resistor is exposed on the outer peripheral surface of the insulating spacer, the soot contained in the gas to be measured is formed on the surface of the heating resistor and around the heating resistor (the outer peripheral surface of the main body). There is a possibility that the heat generating resistor may be short-circuited due to the adhesion of foreign matter such as.
これに対し、上述の微粒子センサでは、発熱抵抗体が、絶縁スペーサの外周面に露出することなく、電気絶縁膜によって被覆されている。これにより、発熱抵抗体の表面及び発熱抵抗体の周囲(本体部の外周面)に、測定対象ガスに含まれるススなどの異物が付着することを防止することができる。 On the other hand, in the above-described fine particle sensor, the heating resistor is covered with the electrical insulating film without being exposed on the outer peripheral surface of the insulating spacer. This can prevent foreign matter such as soot contained in the gas to be measured from adhering to the surface of the heating resistor and around the heating resistor (the outer peripheral surface of the main body).
さらに、前記いずれかの微粒子センサであって、前記電気絶縁膜は、電気絶縁性セラミックの溶射膜である微粒子センサとすると良い。 Further, in any of the particle sensors described above, it is preferable that the electric insulating film is a particle sensor that is a sprayed film of an electrically insulating ceramic.
上述の微粒子センサでは、電気絶縁膜を、電気絶縁性セラミックの溶射膜によって構成している。電気絶縁性セラミックの溶射膜は、緻密なセラミックの膜になるので、当該溶射膜に接触する圧粉体の内周面との間の密閉性(シール性)が良好になる。これにより、より確実に、圧粉体の内周面と絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過しないようにできる。 In the above-described fine particle sensor, the electric insulating film is formed by a sprayed film of an electric insulating ceramic. Since the sprayed film of the electrically insulating ceramic is a dense ceramic film, the hermeticity (sealability) between the sprayed film and the inner peripheral surface of the green compact is improved. This ensures that the gas to be measured does not pass between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer.
さらに、前記いずれかの微粒子センサであって、前記圧粉体の前記内周面の全体が、前記電気絶縁膜と接触している微粒子センサとすると良い。 Further, in any one of the particle sensors, it is preferable that the entire inner peripheral surface of the green compact is in contact with the electric insulating film.
上述の微粒子センサでは、圧粉体の内周面全体が、電気絶縁膜と接触している。すなわち、絶縁スペーサの外周面のうち圧粉体の内周面と接触する部位は、全て、電気絶縁膜の外周面となっている。このようにすることで、本体部の外周面に形成されている膜状のリード部が、圧粉体と接触することを防止できる。従って、圧粉体との接触によってリード部が損傷する等の不具合を防止できる。 In the above-described fine particle sensor, the entire inner peripheral surface of the green compact is in contact with the electric insulating film. In other words, all of the outer peripheral surfaces of the insulating spacer that come into contact with the inner peripheral surface of the green compact are outer peripheral surfaces of the electric insulating film. With this configuration, it is possible to prevent the film-shaped lead formed on the outer peripheral surface of the main body from coming into contact with the green compact. Accordingly, it is possible to prevent the lead portion from being damaged due to the contact with the green compact.
(実施例1)
以下、本発明の実施例1を、図面を参照しつつ説明する。図1は、車両AMに搭載されたエンジンENGの排気管EPに、本実施例1の微粒子センサ10を装着した例を示す図である。図2は、本実施例1に係る微粒子センサ10の縦断面図である。図3は、微粒子センサ10のうち、セパレータ75,76内における放電素子60と放電電位ケーブル82及び素子ヒータリード線84,86との接続を拡大して示す縦断面図である。図4は、微粒子センサ10の拡大断面図であり、図2とは軸線周りに90度ずれた位置で切断した縦断面図である。図5は、微粒子センサ10の分解斜視図である。図6は、微粒子センサ10に含まれる放電素子60の斜視図である。図7は、放電素子60の分解斜視図である。図8は、実施例1にかかる微粒子検知システム1の制御装置100の回路構成を示す図である。
(Example 1)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an example in which the
なお、本明細書においては、図2等に示すように、微粒子センサ10の軸線AXに沿う軸線方向GH(軸線AXが延びる方向、図2において上下方向)のうち、プロテクタ31(ガス取入排出管)が配置された側(図2において下方)を先端側GS、これと反対側の放電電位ケーブル82等が延出する側(図2において上方)を後端側GKとする。また、軸線AXに対し径方向の外方向(図2において左右外向き)を径方向外側DO、内方向(図2において左右内向き)を径方向内側DIとする。
In this specification, as shown in FIG. 2 and the like, the protector 31 (gas intake / discharge) in the axial direction GH (the direction in which the axis AX extends, the vertical direction in FIG. 2) along the axis AX of the
本実施例1の微粒子検知システム1(以下、単にシステム1ともいう)は、図1に示すように、微粒子センサ10と、この微粒子センサ10を制御する制御装置100とを備える。このうち微粒子センサ10は、車両AMに搭載したエンジンENG(内燃機関)の排気管EP(通気管)に装着され、排気管EP内を流通する排気ガスEG(測定対象ガス)中のススなどの微粒子Sを検知する。詳細には、微粒子センサ10は、金属製の排気管EPに固定され、その先端側GSの一部が排気管EP内に配置されて、排気ガスEGに曝される(図12参照)。
As shown in FIG. 1, a particle detection system 1 (hereinafter, also simply referred to as a system 1) of the first embodiment includes a
このうち、制御装置100は、放電電位ケーブル82、素子ヒータリード線84,86、及び、スペーサヒータリード線92,94を介して、微粒子センサ10に接続されている(図1〜図4、及び、図8参照)。このうち、放電電位ケーブル82は、同軸ケーブルであり、芯線(中心導体)の放電電位リード線82Lは、放電電位DVとされる(図8参照)。一方、素子ヒータリード線84,86及びスペーサヒータリード線92,94は、細径で単芯の絶縁被覆線である。なお、放電電位ケーブル82は、シャーシグランド電位CGND(接地電位)とされ、金属細線を筒状に編んだ編組チューブ23に包囲されている。
The
制御装置100は、図8に示すように、イオン源電源回路110と計測制御回路120とを有している。このうち、イオン源電源回路110は、センサグランド電位SGND(第1電位)とされる第1出力端111と、放電電位DVとされる第2出力端112とを有している。第2出力端112は、放電電位ケーブル82の芯線である放電電位リード線82Lに接続されている。放電電位DVは、センサグランド電位SGNDを基準として、半波整流された正の高電位(例えば、1〜2kV)とされている。なお、イオン源電源回路110は、その出力電流の大きさがフィードバック制御されており、その実効値が予め定めた電流値(例えば、5μA)となる定電流電源を構成している。このイオン源電源回路110は、後述する放電素子60の放電電極体62(図2、図6、及び図7参照)に印加する放電電位DVを生成する。
The
一方、計測制御回路120は、図8に示すように、信号電流検知回路140及び素子ヒータ制御回路150及びスペーサヒータ制御回路160を含んでいる。このうち、信号電流検知回路140は、センサグランド電位SGNDとされる第1入力端141と、第2入力端142とを有しており、第1入力端141と第2入力端142との間を流れる信号電流Isを検知する。なお、センサグランド電位SGNDは、シャーシグランド電位CGND(接地電位)に対し、オフセット電圧Voffset(具体的には、0.5V)だけ高い電位とされている。
On the other hand, the
また、素子ヒータ制御回路150は、PWM制御によって、後述する放電素子60に内蔵された素子ヒータ配線64(図7参照)への通電を制御する回路である。この素子ヒータ制御回路150は、素子ヒータリード線84に接続される第1出力端151と、素子ヒータリード線86に接続される第2出力端152を有する。なお、第2出力端152及び素子ヒータリード線86は、シャーシグランド電位CGNDに導通している。また、第1出力端151及び素子ヒータリード線84は、素子ヒータ電位EHVとされる(図8参照)。
The element
また、スペーサヒータ制御回路160は、PWM制御によって、後述するヒータ付き絶縁スペーサ50のスペーサヒータ50B(図4及び図9参照)への通電を制御する回路である。このスペーサヒータ制御回路160は、スペーサヒータリード線92に接続される第1出力端161と、スペーサヒータリード線94に接続される第2出力端162を有する。なお、第2出力端162及びスペーサヒータリード線94は、シャーシグランド電位CGNDに導通している。また、第1出力端161及びスペーサヒータリード線92は、スペーサヒータ電位SHVとされる(図8参照)。
The spacer
また、イオン源電源回路110は、センサグランド電位SGNDとされる内側回路ケース170に包囲されている。イオン源電源回路110の第1出力端111、信号電流検知回路140の第1入力端141、及び、絶縁トランス130の二次側鉄心131Bは、この内側回路ケース170に導通している。なお、イオン源電源回路110の第1出力端111は、放電電位ケーブル82の外側導体82Dに導通している(図8参照)。
Further, the ion source
絶縁トランス130は、一次側と二次側が絶縁されたトランスであり、その鉄心131が、一次側コイル132を捲回した一次側鉄心131Aと、二次側コイル133を捲回した二次側鉄心131Bとに分離して構成されている。このうち、一次側鉄心131Aは、シャーシグランド電位CGNDに導通している。一方、二次側鉄心131Bは、上述したように、センサグランド電位SGND(イオン源電源回路110の第1出力端111)に導通している(図8参照)。
The insulating
さらに、信号電流検知回路140と素子ヒータ制御回路150とスペーサヒータ制御回路160とを含む計測制御回路120、イオン源電源回路110、内側回路ケース170、及び、絶縁トランス130は、シャーシグランド電位CGNDとされる外側回路ケース180に包囲されている。さらに、信号電流検知回路140の第2入力端142、素子ヒータ制御回路150の第2出力端152、スペーサヒータ制御回路160の第2出力端162、及び、絶縁トランス130の一次側鉄心131Aは、この外側回路ケース180に接続して、シャーシグランド電位CGNDとされている。加えて、この外側回路ケース180は、放電電位ケーブル82を囲む編組チューブ23に導通している(図8参照)。
Further, the
なお、計測制御回路120は、所定電圧の直流電圧を供給するレギュレータ電源PSを内蔵している。このレギュレータ電源PSは、電源配線BCを通じて、車両AMに搭載された外部のバッテリBTと接続されており、このバッテリBTで駆動される。また、バッテリBTの一端は、シャーシグランド電位CGNDに接続されている。また、計測制御回路120は、マイクロプロセッサ122を含み、通信線CCを介してエンジンENGを制御する電子制御ユニットECUと通信可能となっている。これにより、前述した信号電流検知回路140の測定結果(信号電流Isの大きさ)などの信号を、電子制御ユニットECUに送信可能となっている(図8参照)。
The
また、レギュレータ電源PSを通じて、外部のバッテリBTから計測制御回路120に入力された電力の一部は、絶縁トランス130を介して、イオン源電源回路110に分配される。なお、絶縁トランス130においては、計測制御回路120の一部をなす一次側コイル132と、イオン源電源回路110の一部をなす二次側コイル133と、鉄心131(一次側鉄心131A,二次側鉄心131B)とは、互いに電気的に絶縁されている。このため、計測制御回路120から、イオン源電源回路110に電力を分配しながらも、これらの間の電気的絶縁を保つことができている。
In addition, part of the power input from the external battery BT to the
次に、本実施例1の微粒子センサ10について、詳細に説明する。
微粒子センサ10は、図2〜図4に示すように、軸線方向GHに延びる直棒状の形態をなしている。この微粒子センサ10は、放電素子60と内側金具30と外側金具20とを備えている。このうち、放電素子60は、後述するように、当該放電素子60の素子先端部60Sにおいて突出する針状電極部62Dと内側金具30のプロテクタ31との間で気中放電(具体的には、コロナ放電)を発生させて、イオンCPを生成する。
Next, the
As shown in FIGS. 2 to 4, the
また、内側金具30は、放電素子60を保持しつつ、放電素子60と電気的絶縁を確保して、センサグランド電位SGND(第1電位)とされている。この内側金具30は、放電素子60を導体で取り囲んでファラデーケージをなしている。
また、外側金具20は、筒状をなし、内側金具30と電気的絶縁を確保しつつ、内側金具30の径方向周囲を囲んで内側金具30を保持している。この外側金具20は、排気管EPに取り付けられて、センサグランド電位SGNDとは異なるシャーシグランド電位CGND(接地電位)とされる。
Further, the inner metal fitting 30 is kept at the sensor ground potential SGND (first potential) while securing electrical insulation from the
Further, the
なお、内側金具30には、後述する、プロテクタ31、導電性シール体37、第2内筒38、及び、第1内筒39が含まれる。また、外側金具20には、後述する、取付金具21、外筒22、編組チューブ23、及び、編組保持金具24が含まれる。
The
より具体的には、微粒子センサ10は、自身の先端側GSに、筒状の取付金具21を備える。この取付金具21は、径方向外側に膨出して外形六角形状をなす工具係合部21Hを有する。さらに、取付金具21は、工具係合部21Hよりも先端側GSの位置に、後述するプロテクタ31(ガス取入排出管)の外周を取り囲む筒状壁部21Wを有している。この筒状壁部21Wの外周には、微粒子センサ10を排気管EPに固定するための雄ネジ部21Nが形成されている。従って、微粒子センサ10は、取付金具21の雄ネジ部21Nを用いて、排気管EPに別途設置された金属製の取付用ボス(図示しない)を介して、排気管EPに固定される。このため、取付金具21は、排気管EPと同じシャーシグランド電位CGNDとされる。
More specifically, the
また、取付金具21の後端側GKには、金属製で筒状の外筒22が固設されている。具体的には、取付金具21の後端部21Kに、外筒22の先端部22Sが外嵌され、これらをレーザ溶接することで、取付金具21と外筒22とが一体とされている。
また、外筒22の後端側GKの後端部22Kは、先端部22Sよりも縮径した形態とされている。この外筒22の後端部22Kの内側には、絶縁ゴム製のグロメット46が嵌め込まれており、さらに、後端部22Kの外側には、金属線で構成された編組チューブ23を介して、筒状の編組保持金具24が被せられている。これらが、径方向内側に加締められることで、グロメット46、編組チューブ23、及び、編組保持金具24が、外筒22の後端部22Kに保持されている。
Further, a metal
Further, the
このため、排気管EPに、微粒子センサ10の取付金具21を取り付けることで、取付金具21と、これに導通する外筒22、編組チューブ23、及び編組保持金具24が、シャーシグランド電位CGNDとされる。
なお、グロメット46の内側には、放電電位ケーブル82、素子ヒータリード線84,86及びスペーサヒータリード線92,94が挿通されている。
For this reason, by attaching the mounting
The
また、取付金具21の径方向内側DIには、絶縁性セラミックからなる絶縁ホルダ42、滑石圧粉体43、絶縁性セラミックからなる絶縁スリーブ44、及び、線パッキン45を介して、円筒状のヒータ付き絶縁スペーサ50が保持されている。なお、絶縁ホルダ42、滑石圧粉体43、絶縁スリーブ44、及び線パッキン45は、取付金具21の後端21KKを径方向内側DIに加締め屈曲させることで、軸線方向GHに圧縮されている。
A cylindrical heater is provided on a radially inner side DI of the mounting
滑石圧粉体43は、電気絶縁性を有する滑石粉末を圧縮成形した環状の圧粉体である。この滑石圧粉体43は、図2及び図4に示すように、後述するヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bと外側金具20のうち取付金具21の内周面21cとの間に介在して、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bと外側金具20のうち取付金具21の内周面21cとの間を気密に封止する。
The talc green compact 43 is an annular green compact obtained by compression-molding talc powder having electrical insulation properties. As shown in FIGS. 2 and 4, the
詳細には、前述のように、取付金具21の後端21KKを径方向内側DIに加締め屈曲させることで、滑石圧粉体43は、軸線方向GHに圧縮されると共に、径方向外側DOに拡径するように変形することで、当該滑石圧粉体43の内周面43cがヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bに圧接(密着)すると共に、当該滑石圧粉体43の外周面43bが外側金具20の内周面20c(具体的には、取付金具21の内周面21c)に圧接(密着)して、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bと外側金具20の内周面20cとの間を気密に封止(密閉)している。
In detail, as described above, by crimping and bending the rear end 21KK of the mounting
また、外筒22の径方向内側DIには、ヒータ付き絶縁スペーサ50のほか、第1内筒39及び第2内筒38が配置されている(図2及び図4参照)。このうち、第1内筒39は、円筒状をなし、放電素子60のうち後端側GKの素子後端側部60Kを包囲している。また、ヒータ付き絶縁スペーサ50は、図2及び図4に示すように、軸線方向GHに延びる筒状をなし、内側金具30と外側金具20との間に介在して、内側金具30と外側金具20とを電気的に絶縁している。このヒータ付き絶縁スペーサ50は、当該ヒータ付き絶縁スペーサ50の先端側GSに位置して排気ガスEG(測定対象ガス)に接触するガス接触部50S、及び、このガス接触部50Sを加熱するスペーサヒータ50B(詳細には、後述する発熱シート52)を有する。
In addition, a first
ここで、本実施例1のヒータ付き絶縁スペーサ50(絶縁スペーサ)について、詳細に説明する。図9に示すように、ヒータ付き絶縁スペーサ50は、筒状のスペーサ本体51(本体部)と、スペーサ本体51の外周面51bのうち軸線方向GHの先端側GSの部位に巻き付けられた発熱シート52とを備える。なお、発熱シート52は、その周方向一端部52bと周方向他端部52cとが離間する態様でスペーサ本体51の外周面51bに巻き付けられており、周方向一端部52bと周方向他端部52cとの間に軸線方向GHに延びる隙間Gを有している(図9参照)。
Here, the insulating spacer with heater 50 (insulating spacer) of the first embodiment will be described in detail. As shown in FIG. 9, the insulating spacer with
さらに、ヒータ付き絶縁スペーサ50は、スペーサ本体51の外周面51bに形成された膜状のリード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)と、スペーサ本体51の外周面51bのうち軸線方向GHの後端側GKの部位に形成された膜状の端子接続部(第1端子接続部58及び第2端子接続部59)とを備える。
Further, the insulating spacer with
スペーサ本体51は、電気絶縁性のセラミック(具体的には、アルミナ)からなり、軸線方向GHに延びる円筒状をなしている。
また、発熱シート52は、図9及び図10に示すように、電気絶縁性のセラミックシート53(具体的には、アルミナからなるセラミックシート)と、このセラミックシート53の内側面53c(スペーサ本体51の外周面51bに接触する面)に形成(印刷)された膜状の発熱抵抗体54とを有する。この発熱シート52は、微粒子センサ10において、軸線方向GHについて、絶縁ホルダ42よりも先端側GSに配置されている(図2及び図4参照)。なお、図10は、発熱シート52を展開した分解斜視図である。
The
As shown in FIGS. 9 and 10, the
発熱抵抗体54は、メアンダ状(ジグザグ状)をなし、ヒータ付き絶縁スペーサ50の周方向CDに延びた形態を有する(図9及び図10参照)。この発熱抵抗体54のうち、一方側CD1に位置する第1接続部54bと、他方側CD2に位置する第2接続部54cとは、図9に示すように、スペーサ本体51の外周面51bに巻き付けられることにより、周方向CDについて近接して配置されている。
The
この発熱抵抗体54は、発熱シート52がスペーサ本体51の外周面51bに巻き付けられた状態で、スペーサ本体51の外周面51bのうち軸線方向GHの先端側GSに位置する部位に接触する(図9参照)。詳細には、発熱抵抗体54のうち、第1接続部54bが、後述する第1ヒータリード部56の先端部に接触する(電気的に接続する)と共に、第2接続部54cが、後述する第2ヒータリード部57の先端部に接触する(電気的に接続する)。この発熱抵抗体54を発熱させることで、ヒータ付き絶縁スペーサ50のガス接触部50Sを加熱することができる。
The
なお、本実施例1のヒータ付き絶縁スペーサ50では、発熱シート52(発熱抵抗体54)と、第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57と、第1端子接続部58及び第2端子接続部59とにより、スペーサヒータ50Bが形成されている。また、スペーサ本体51と、発熱シート52と、第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57と、第1端子接続部58及び第2端子接続部59とにより、ヒータ付き絶縁スペーサ本体部50Aを構成している。
In the insulating spacer with
ところで、ヒータ付き絶縁スペーサ50のガス接触部50Sに、排気ガスEG(測定対象ガス)に含まれるススなどの異物が付着すると、ガス接触部50Sの表面の電気絶縁性が低下する。これにより、センサグランド電位SGND(第1電位)とされる内側金具30とシャーシグランド電位CGND(接地電位)とされる外側金具20との間の電気絶縁性が低下する。このような状態で、微粒子センサ10によって微粒子検知を行うと、排気ガスEG中の微粒子の量を適切に検知することができない虞がある。
When foreign matter such as soot contained in the exhaust gas EG (gas to be measured) adheres to the
これに対し、本実施例1の微粒子センサ10では、上述のように、ヒータ付き絶縁スペーサ50が、ガス接触部50Sを加熱するスペーサヒータ50B(発熱抵抗体54)を有する。このため、ヒータ付き絶縁スペーサ50のガス接触部50Sに排気ガスEGに含まれるススなどの異物が付着した場合でも、スペーサヒータ50B(発熱抵抗体54)によってガス接触部50Sを加熱することで、ガス接触部50Sの表面に付着しているススなどの異物を除去することができる。これにより、センサグランド電位SGND(第1電位)とされる内側金具30とシャーシグランド電位CGND(接地電位)とされる外側金具20との間の電気絶縁性を回復させて、排気ガスEG中の微粒子の量を適切に検知することが可能となる。
On the other hand, in the
なお、発熱抵抗体54は、発熱シート52がスペーサ本体51の外周面51bに巻き付けられた状態において、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bに露出することなく、セラミックシート53に覆われた状態となる(図9参照)。これにより、微粒子センサ10の使用時に、発熱抵抗体54の表面及び発熱抵抗体54の周囲に、排気ガスEG(測定対象ガス)に含まれるススなどの異物が付着することを防止することができ、当該異物を通じて発熱抵抗体54が短絡することを防止することができる。
When the
また、第1ヒータリード部56(リード部)は、膜状の導体からなり、図9に示すように、その先端部(軸線方向GHの先端側GSに位置する部位)が発熱抵抗体54の第1接続部54bに接続して、軸線方向GHの後端側GKに延びる形状をなしている。第2ヒータリード部57は、膜状の導体からなり、図9に示すように、その先端部(軸線方向GHの先端側GSに位置する部位)が発熱抵抗体54の第2接続部54cに接続して、軸線方向GHの後端側GKに延びる形状をなしている。第1ヒータリード部56と第2ヒータリード部57とは、スペーサ本体51の周方向CDに離間している。
The first heater lead portion 56 (lead portion) is made of a film-like conductor, and its tip (the portion located on the tip side GS in the axial direction GH) is formed of the
また、第1端子接続部58は、膜状の導体からなり、図4に示すように、第1ヒータリード部56の後端部56b(軸線方向GHの後端側GKに位置する部位)に接続している。第2端子接続部59は、膜状の導体からなり、図9に示すように、第2ヒータリード部57の後端部57b(軸線方向GHの後端側GKに位置する部位)に接続している。
The first terminal connection portion 58 is formed of a film-shaped conductor, and is provided at a
なお、本実施例1では、第1ヒータリード部56と第2ヒータリード部57と第1端子接続部58と第2端子接続部59とを、スペーサ本体51の外周面51b上に、一体に形成している。具体的には、インクジェット印刷またはタンポ印刷によって、スペーサ本体51の外周面51bに、導体(金属微粒子)を膜状に印刷することで、第1ヒータリード部56と第2ヒータリード部57と第1端子接続部58と第2端子接続部59とを形成している。
In the first embodiment, the first
ところで、従来の微粒子センサでは、滑石圧粉体が、ヒータ付き絶縁スペーサの外周面であるシート状ヒータ部の外周面と接触していた。さらには、シート状ヒータ部が、本実施例1の発熱シート52と同様に、周方向一端部と周方向他端部とが離間する態様でスペーサ本体の外周面に巻き付けられているため、周方向一端部と周方向他端部との間に軸線方向に延びる隙間を有していた。ところが、この隙間を、滑石圧粉体の一部(内周面部分)によって埋めることができず、ヒータ付き絶縁スペーサの外周面と外側金具との間を気密に封止(密閉)することができないことがあった。具体的には、この隙間を通じて、圧粉体の内周面とヒータ付き絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過して、微粒子センサの外部から内部に測定対象ガスが流入する虞があった。
By the way, in the conventional fine particle sensor, the talc green compact is in contact with the outer peripheral surface of the sheet-shaped heater portion which is the outer peripheral surface of the insulating spacer with the heater. Furthermore, since the sheet-shaped heater is wound around the outer peripheral surface of the spacer body in a manner that one end in the circumferential direction and the other end in the circumferential direction are separated from each other, similarly to the
さらには、スペーサ本体の外周面に巻き付けられているシート状ヒータ部の周方向一端部または周方向他端部が、スペーサ本体の外周面から剥離することがあり、この剥離した周方向一端部または周方向他端部とスペーサ本体の外周面との間に、微小な隙間が形成されることがあった。ところが、この微小な隙間を、滑石圧粉体の一部(内周面部分)によって埋めることが困難であるため、圧粉体によって、ヒータ付き絶縁スペーサの外周面と外側金具との間を気密に封止(密閉)することができないことがあった。具体的には、この微小な隙間を通じて、圧粉体の内周面とヒータ付き絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過して、微粒子センサの外部から内部に測定対象ガスが流入する虞があった。 Further, one end in the circumferential direction or the other end in the circumferential direction of the sheet-shaped heater portion wound around the outer peripheral surface of the spacer main body may be separated from the outer peripheral surface of the spacer main body. A minute gap was sometimes formed between the other end in the circumferential direction and the outer peripheral surface of the spacer body. However, since it is difficult to fill the minute gap with a part (inner peripheral portion) of the talc compact, the compact between the outer peripheral surface of the insulating spacer with the heater and the outer fitting is airtight. In some cases, sealing (sealing) could not be performed. Specifically, the gas to be measured passes between the inner peripheral surface of the green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer with the heater through the minute gap, and the gas to be measured flows from the outside to the inside of the particle sensor. There was a risk of doing so.
これに対し、本実施例1の微粒子センサ10では、滑石圧粉体43を、軸線方向GHについて、ヒータ付き絶縁スペーサ50の発熱シート52よりも後端側GKに配置している(図2及び図4参照)。すなわち、滑石圧粉体43を、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bのうち発熱シート52よりも後端側GKに位置する部位に接触させる態様で、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bと外側金具20(詳細には、取付金具21の内周面21c)との間に介在させて、両者の間を気密に封止するようにしている。
On the other hand, in the
このため、本実施例1の微粒子センサ10では、図9に示すように、発熱シート52が、当該発熱シート52の周方向一端部52bと周方向他端部52cとが離間する態様でスペーサ本体51の外周面51bに巻き付けられて、軸線方向GHに延びる隙間Gを有していても、この隙間Gを滑石圧粉体43によって埋めて気密にする必要がない。さらには、発熱シート52の周方向一端部52bまたは周方向他端部52cがスペーサ本体51の外周面51bから剥離して、この剥離した周方向一端部52bまたは周方向他端部52cとスペーサ本体51の外周面51bとの間に微小な隙間が形成されている場合でも、この微小な隙間を滑石圧粉体43によって埋めて気密にする必要がない。
For this reason, in the
さらに、本実施例1の微粒子センサ10では、ヒータ付き絶縁スペーサ50が、スペーサ本体51の外周面51bの少なくとも一部を、外周面51bの周方向の全体にわたって隙間無く被覆する環状の電気絶縁膜55を有している(図9参照)。詳細には、電気絶縁膜55は、ヒータ付き絶縁スペーサ本体部50Aの外周面50Abの軸線方向一部(軸線方向GHについては一部の範囲であって、周方向CDについては全範囲である部位)である環状の第1外周面部50Acを、ヒータ付き絶縁スペーサ本体部50Aの外周面50Abの周方向CDの全体にわたって隙間無く被覆している(図9参照)。
Furthermore, in the
なお、本実施例1では、図9に示すように、電気絶縁膜55は、自身の先端側GSの端部が発熱シート52の後端側GKの端部を被覆するように設けられており、第1端子接続部58及び第2端子接続部59を被覆することなく、第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57の一部を被覆している。
In the first embodiment, as shown in FIG. 9, the electric insulating
さらには、滑石圧粉体43の内周面43cの少なくとも一部(軸線方向一部)が、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bの周方向CDの全体にわたって、電気絶縁膜55の外周面55bと接触(圧接)している(図11参照)。詳細には、滑石圧粉体43の内周面43cの全体が、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bの周方向CDの全体にわたって、電気絶縁膜55の外周面55bの軸線方向一部を径方向内側DI(図11において左側)に押圧する態様で接触している。なお、図11は、図2のB部拡大図である。
Furthermore, at least a part (a part in the axial direction) of the inner
これにより、本実施例1の微粒子センサ10では、滑石圧粉体43の内周面43cを、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bの周方向CDの全体にわたって、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50b(詳細には、電気絶縁膜55の外周面55b)に対し、隙間無く(詳細には、滑石圧粉体43の内周面43cとヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bとの間に、両者の間を軸線方向GHに測定対象ガスが通過する隙間が無いように)接触させることができる。従って、本実施例1の微粒子センサ10は、滑石圧粉体43の内周面43cとヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bとの間を測定対象ガスが通過しないように、滑石圧粉体43の内周面43cがヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bに接触した微粒子センサとなる。
Thus, in the
また、滑石圧粉体43の外周面43bの少なくとも一部(軸線方向一部)が、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)の周方向CDの全体にわたって、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)と接触(圧接)している(図11参照)。詳細には、滑石圧粉体43の外周面43bの全体が、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)の周方向CDの全体にわたって、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)の軸線方向一部を径方向外側DO(図11において右側)に押圧する態様で接触している。
Further, at least a part (a part in the axial direction) of the outer
これにより、滑石圧粉体43の外周面43bを、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)に対し、周方向CDの全体にわたって、隙間無く(詳細には、滑石圧粉体43の外周面43bと外側金具20の内周面20cとの間に、両者の間を軸線方向GHに測定対象ガスが通過する隙間が無いように)接触させることができる。
Thus, the outer
従って、本実施例1の微粒子センサ10は、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bと外側金具20の内周面20cとの間に介在する滑石圧粉体43によって、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bと外側金具20の内周面20cとの間が気密に封止(密閉)された微粒子センサとなる。
Therefore, the
なお、本実施例1の微粒子センサ10では、電気絶縁膜55を、電気絶縁性セラミック(具体的には、アルミナ)の溶射膜によって構成している。電気絶縁性セラミックの溶射膜は、緻密なセラミックの膜になるので、当該溶射膜(電気絶縁膜55の外周面55b)に接触する滑石圧粉体43の内周面43cとの間の密閉性(シール性)が良好になる。これにより、より確実に、滑石圧粉体43の内周面43cとヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50b(具体的には、電気絶縁膜55の外周面55b)との間を測定対象ガスが通過しないようにすることができる。なお、電気絶縁膜55は、耐熱性を有する電気絶縁性ガラス膜によって構成しても良い。
In the
また、本実施例1の微粒子センサ10では、電気絶縁膜55の厚みが、セラミックシート53の厚みよりも薄くされている。このため、電気絶縁膜55の厚みを、セラミックシート53の厚みと同等以上にする場合に比べて、ヒータ付き絶縁スペーサ50の熱容量を小さくすることができる。従って、本実施例1の微粒子センサ10では、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bと外側金具20との間を気密に封止するために、スペーサ本体51の外周面51b(ヒータ付き絶縁スペーサ本体部50Aの外周面50Ab)に電気絶縁膜55を設けているが、ヒータ付き絶縁スペーサ50における発熱量の低下(ヒータ50Bの加熱によるガス接触部50Sの温度上昇率の低下)を抑制することができる。
In the
さらに、本実施例1の微粒子センサ10では、滑石圧粉体43の内周面43cの全体が、電気絶縁膜55と接触している(図11参照)。すなわち、ヒータ付き絶縁スペーサ50の外周面50bのうち滑石圧粉体43の内周面43cと接触する部位は、全て、電気絶縁膜55の外周面55bとなっている。このようにすることで、スペーサ本体51の外周面51bに形成されている膜状のリード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)が、滑石圧粉体43と接触することを防止できる。従って、滑石圧粉体43との接触によって、リード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)が損傷する等の不具合を防止できる。
Further, in the
なお、本実施例1では、電気絶縁膜55は、滑石圧粉体43のみならず、絶縁ホルダ42の内周面及び絶縁スリーブ44の内周面とも、これらの全周にわたって径方向に対向するように設けられている(図2及び図4参照)。これにより、絶縁ホルダ42及び絶縁スリーブ44が、スペーサ本体51の外周面51bに形成されている膜状のリード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)に接触することを防止できる。従って、絶縁ホルダ42または絶縁スリーブ44との接触によって、リード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)が損傷する等の不具合を防止できる。
In the first embodiment, the electric insulating
また、ヒータ付き絶縁スペーサ50の第1端子接続部58には、スペーサヒータリード線92の先端に設けられたスペーサヒータ接続端子91が接合されている(図4参照)。これにより、ヒータ付き絶縁スペーサ50の第1端子接続部58とスペーサヒータリード線92とが電気的に接続する。さらに、ヒータ付き絶縁スペーサ50の第2端子接続部59には、スペーサヒータリード線94の先端に設けられたスペーサヒータ接続端子93が接合されている(図4参照)。これにより、ヒータ付き絶縁スペーサ50の第2端子接続部59とスペーサヒータリード線94とが電気的に接続する。
Further, a spacer
また、ヒータ付き絶縁スペーサ50内には、プロテクタ31、導電性シール体37、第2内筒38、素子ホルダ71等を介して、放電素子60が保持されている。
このうち、放電素子60は、絶縁セラミックからなる基体60Eと、この基体60Eの内部に配置された放電電極体62とを有している(図6及び図7参照)。このうち、放電電極体62は、センサグランド電位SGND(第1電位)及びシャーシグランド電位CGND(接地電位)とは異なる放電電位DVとされる。
Further, the
Among them, the
また、放電素子60は、先端側GSに位置し、プロテクタ31内に配置される素子先端部60Sを有している。この素子先端部60Sは、放電電極体62(具体的にはその針状電極部62D)とプロテクタ31との間の放電により、イオンCPを生成し、被測定ガスSG中の微粒子Sを帯電させる。さらに、放電素子60は、素子先端部60Sの後端側GKに位置し、放電電極体62(具体的にはその放電配線62L)が内部に配置され、外表面60CSから絶縁された被シール部60Cを有している(図2、図4、及び図6参照)。
Further, the
一方、プロテクタ31は、放電素子60の素子先端部60Sを水滴や異物から保護するほか、排気管EP内を流通する排気ガスEGの一部である被測定ガスSGを放電素子60の素子先端部60Sの周囲に導く役割を有している。このプロテクタ31は、金属からなる筒状で、微粒子センサ10の先端側GSに配置され、被測定ガスSGをガス取入口32Iから自身の内部空間Kに取り入れた後にガス排出口32Oから排出する。なお、プロテクタ31の先端側GSの部位は、先端側GSに向かうにしたがって縮径するテーパ形状のテーパ部32cとなっている(図2及び図4参照)。
On the other hand, the
また、第1内筒39及び第2内筒38は、図3に示すように、加締めにより一体とされており、第1内筒39のケーブル接続部39Cが外側導体82Dに接続することで、センサグランド電位SGNDとなる。第1内筒39及び第2内筒38は、放電素子60のうち、被シール部60Cよりも後端側GKの素子後端側部60Kを包囲している(図2及び図4参照)。さらに、導電性シール体37は、導電性ガラスからなり、第2内筒38とプロテクタ31とに接触して導通し、かつ、放電素子60の被シール部60Cの外表面60CSに密着して放電素子60を気密に封止している(図2及び図4参照)。
As shown in FIG. 3, the first
このように、この微粒子センサ10では、導電性ガラスからなる導電性シール体37が、放電素子60の被シール部60Cの外表面60CSを囲んで気密に密着している。このため、放電素子60は、この被シール部60Cにおいて、導電性シール体37に気密に保持される。しかも、この導電性シール体37は、導電性ガラスからなり、第1内筒39を介してセンサグランド電位SGNDとされた第2内筒38とプロテクタ31との間を導通している。このため、プロテクタ31をセンサグランド電位SGNDとするべく、第1内筒39あるいは第2内筒38とプロテクタ31との間を導通する主体金具などの金属ブロック状の部材を要さず、簡単な構成でありながら、内部に放電素子60を気密に保持した微粒子センサ10とすることができる。
As described above, in the
次いで、ヒータ付き絶縁スペーサ50と導電性シール体37との関係について説明する。導電性ガラスからなる導電性シール体37は、ヒータ付き絶縁スペーサ50の円筒状の内周面50cに気密に密着している(図2及び図4参照)。そして、この導電性シール体37を介して、第2内筒38のうち先端側の先端側部38Sが、また、プロテクタ31のうち、後端側GKに位置する管後端側部31Kが、ヒータ付き絶縁スペーサ50に固定されている。
Next, the relationship between the insulating spacer with
このように、微粒子センサ10では、ヒータ付き絶縁スペーサ50の内周面50cと導電性シール体37との間も気密に密着しており、放電素子60と導電性シール体37とのシールと相俟って、ヒータ付き絶縁スペーサ50の内側で、導電性シール体37により、後端側GKと先端側GSとの間を気密にシールすることができる。しかも、導電性シール体37によって、第2内筒38の先端側部38S及びプロテクタ31の管後端側部31Kをヒータ付き絶縁スペーサ50に固定した簡単な構成の微粒子センサ10とすることができる。
As described above, in the
さらに説明すると、ヒータ付き絶縁スペーサ50は、径方向内側DIに張り出した段状のスペーサ段部50dを有している。一方、概略円筒状のプロテクタ31のうち、後端側GKに位置する管後端側部31Kは、後端側GKよりも先端側GSが縮径した段状の管段部31KDを有するほか、この管段部31KDよりも後端側GKに位置し、後端側GKの端縁31KFを含む管後端部31KKを有している。そして、このプロテクタ31の管段部31KDは、ヒータ付き絶縁スペーサ50のスペーサ段部50dに、後端側GKから先端側GSに向けて係止されている。即ち、プロテクタ31は、ヒータ付き絶縁スペーサ50に固定されている。しかも、導電性シール体37は、プロテクタ31の管後端側部31Kのうち管後端部31KKに、後端側GK、径方向内側DI及び径方向外側DOから密着して、プロテクタ31に導通している(図2及び図4参照)。
More specifically, the insulating spacer with
このように、微粒子センサ10では、導電性シール体37が、プロテクタ31の管後端部31KKに接触しているので、導電性シール体37を介して、確実に、プロテクタ31をセンサグランド電位SGNDとすることができる。
As described above, in the
また、矩形板状の放電素子60は、絶縁セラミックからなる素子ホルダ71に保持されている(図2及び図4参照)。この素子ホルダ71は、その外周面71Rに、後端側GKよりも先端側GSが縮径した段状のホルダ段部71Dを有しているほか、放電素子60を挿通する挿通孔71Hを有している。この挿通孔71Hには、放電素子60の素子挿通部60Pが挿通されている。素子挿通部60Pは、放電素子60のうち、素子ホルダ71よりも先端側GSでプロテクタ31内に突出配置される素子先端部60Sと、導電性シール体37に気密に密着して取り囲まれた被シール部60Cと、の間に位置する部位である。放電素子60の素子挿通部60Pは、挿通孔71Hに充填した滑石圧粉体72によって素子ホルダ71に保持されている。なお、素子ホルダ71のうちホルダ段部71Dは、後端側GKから先端側GSに向けて、プロテクタ31の管段部31KDに係止されている。しかも、この素子ホルダ71は、導電性シール体37に先端側GSから当接して、導電性シール体37を保持している。
The rectangular plate-
上述のように、微粒子センサ10では、素子ホルダ71のホルダ段部71Dがプロテクタ31の管段部31KDに係止されている。プロテクタ31の管段部31KDは、ヒータ付き絶縁スペーサ50のスペーサ段部50dに係止しているので、素子ホルダ71は、間接的に、ヒータ付き絶縁スペーサ50に係止されている。しかもこの素子ホルダ71は、導電性シール体37に先端側GSから当接しているので、導電性シール体37がヒータ付き絶縁スペーサ50内で先端側GSへ移動するのを確実に抑止できる。
As described above, in the
なお、本実施例1の微粒子センサ10では、矩形板状の放電素子60は、絶縁セラミックからなる素子ホルダ71の挿通孔71Hに挿通され、この挿通孔71Hのうち径大とされた凹部71Pに充填され圧縮された滑石圧粉体72により、素子ホルダ71に固定されている(図2及び図4参照)。但し、滑石圧粉体72を用いずに、素子ホルダ71の凹部71Pにセメントを充填固化したり、素子ホルダ71の凹部71Pにも、導電性シール体37をなす導電性ガラスを充填して、素子ホルダ71への放電素子60の固定、及び、素子ホルダ71と導電性シール体37との結合を図るようにしても良い。
In the
さらに、第1内筒39及び第2内筒38は、金属からなり、第2内筒38は、先端側GSの先端底部38SSが閉じた有底筒状である。但し、先端底部38SSには、放電素子60を挿通する挿通孔38SHを有している(図2及び図4参照)。また、この第2内筒38は、放電素子60の素子後端側部60Kを径方向外側DOから包囲している。そして、この第2内筒38の先端底部38SSは、導電性シール体37に後端側GKから接触している。
Further, the first
このように、微粒子センサ10において、第1内筒39及び第2内筒38は、先端底部38SSを含む第2内筒38を有しており、第2内筒38で放電素子60の素子後端側部60Kを径方向外側DOから包囲することで、ファラデーケージを構成できる。加えて、第2内筒38の先端底部38SSで導電性シール体37と接触しているので、第2内筒と導電性シール体37とを適切に導通し、導電性シール体37をセンサグランド電位SGNDとすることができる。
As described above, in the
第2内筒38のうち先端側GSの先端側部38S内には、絶縁セラミックからなる素子スリーブ73が配置され、先端側部38Sの加締めにより固定されている(図2及び図4参照)。放電素子60は、この素子スリーブ73の挿通孔73Hにも挿通されて後端側GKに延びている。また、ヒータ付き絶縁スペーサ50及び第2内筒38の後端側GKには、放電素子60の素子後端側部60Kの周りを囲んで、絶縁セラミックからなる外側セパレータ74、下部セパレータ75、上部セパレータ76が配置されている。
An
これらのうち、最も先端側GSの外側セパレータ74は、ヒータ付き絶縁スペーサ50内及び第2内筒38内に全部が挿入される形態で、第2内筒38に、及び、この第2内筒38を介してヒータ付き絶縁スペーサ50に、後端側GKから先端側GSに向けて係止されている。また、各セパレータ74〜76は、第1内筒39あるいは第2内筒38に、径方向外側DOから覆われており、最も後端側GKに位置する上部セパレータ76は、第1内筒39に後端側GKからも覆われている(図2及び図4参照)。
Of these, the
第1内筒39には、後端側GKに突出する筒状のケーブル接続部39Cが設けられており、このケーブル接続部39C内に放電電位ケーブル82が挿通され、かつ加締め固定されている(図2及び図3参照)。より正確には、放電電位ケーブル82の外側導体82Dが、第1内筒39のケーブル接続部39C内で第1内筒39に導通している。これにより、第1内筒39は、放電電位ケーブル82の外側導体82Dを介して、制御装置100のイオン源電源回路110の第1出力端111や内側回路ケース170と導通する。かくして、第1内筒39、第2内筒38、導電性シール体37、及び、プロテクタ31は、いずれもセンサグランド電位SGNDとされ、これらで放電素子60を取り囲んでファラデーケージをなしている。
The first
次いで、放電素子60について詳細に説明する。放電素子60は、矩形板状をなし、その第1面60A(図6において上面)のうち、中央よりも後端側GKには放電電極パッド62Pが形成され、中央よりも先端側GSにはシールド電極パッド63P1が形成されている。図3に示すように、放電電極パッド62Pには、放電電位接続端子81を介して、放電電位ケーブル82の芯線である放電電位リード線82Lが接続される。これにより、放電電極パッド62Pを含む放電電極体62は、放電電位DVとされ、放電電位ケーブル82を通じて、イオン源電源回路110で通電制御される(図8参照)。
Next, the
一方、シールド電極パッド63P1は、放電素子60のうち、被シール部60Cの外表面60CSに位置するように形成されており、この外表面60CSを囲んで気密に密着している導電性シール体37に導通している(図2参照)。従って、シールド電極パッド63P1を含むシールド電極部63は、センサグランド電位SGNDとされる。
On the other hand, the shield electrode pad 63P1 is formed so as to be located on the outer surface 60CS of the sealed
また、放電素子60の第2面60B(図6において下面)のうち、中央よりも後端側GKには、素子ヒータパッド64P1,64P2が形成されている(図7参照)。図3に示すように、この素子ヒータパッド64P1,64P2には、素子ヒータ接続端子83,85を介して、素子ヒータリード線84,86がそれぞれ接続される。これにより、素子ヒータパッド64P1,64P2を含む素子ヒータ配線64は、素子ヒータリード線84,86を通じて、素子ヒータ制御回路150で通電制御される(図8参照)。
Element heater pads 64P1 and 64P2 are formed on the rear end GK of the
この放電素子60は、絶縁セラミックからなる平板状のセラミック層61A〜61Eと、これらの間に介在して、各セラミック層61A〜61E同士を貼り合わせる貼合層65A〜65Dを有している(図7参照)。なお、これらの部材によって、基体60Eが構成されている。
The
このうち、貼合層65Aとセラミック層61Aとの間で、先端側GS寄りの部位には、概略平板直線状の放電配線62L、及び、この放電配線62Lから先端側GSに延びて、放電素子60の素子先端部60Sから針状に突出する針状電極部62Dが設けられている(図7参照)。放電配線62Lは、セラミック層61Aに設けた放電電極ビア62Vを通じて、セラミック層61Aの外側面、即ち、放電素子60の第1面60Aに設けた放電電極パッド62Pに導通している。なお、図6及び図7から理解できるように、放電電極体62のうち放電配線62Lは、放電素子60の被シール部60Cにおいて、外表面60CSに露出しておらず、放電素子60の内部に位置している。このため、外表面60CSに導電性シール体37が密着して形成されても、放電電極体62の放電配線62Lが、導電性シール体37に導通することはなく、両者間は絶縁されている。
Of these, between the
また、セラミック層61Eと貼合層65Dとの間には、互いに平行でかつ軸線方向GHに延びる二本の平板直線状の素子ヒータリード線64L1,64L2、及び、これらの先端側GSを結ぶメアンダ状の配線からなる素子ヒータ部64HTが設けられている(図7参照)。素子ヒータリード線64L1,64L2は、セラミック層61Eに設けた素子ヒータビア64V1,64V2を通じて、セラミック層61Eの外側面、即ち、放電素子60の第2面60Bに設けた素子ヒータパッド64P1,64P2にそれぞれ導通している。これらで構成される素子ヒータ配線64は、放電素子60のうち、被測定ガスSGに曝される素子先端部60Sに、ススなどの異物粒子が付着するのを防止したり、付着した異物粒子を除去したりするために、素子先端部60Sを昇温させるべく設けられている。
Further, between the
素子ヒータパッド64P1,64P2には、素子ヒータリード線84,86が接続された素子ヒータ接続端子83,85が接触している(図2参照)。前述したように、素子ヒータリード線86は、素子ヒータ制御回路150の第2出力端152に接続され、シャーシグランド電位CGNDとされる。一方、素子ヒータリード線84は、素子ヒータ制御回路150の第1出力端151に接続され、素子ヒータ電位EHVとされる(図8参照)。なお、図7から容易に理解できるように、素子ヒータ配線64の素子ヒータリード線64L1,64L2も、放電素子60の被シール部60Cにおいて、外表面60CSに露出しておらず、放電素子60の内部に位置している。このため、外表面60CSに導電性シール体37が密着して形成されても、素子ヒータ配線64の素子ヒータリード線64L1,64L2が、導電性シール体37に導通することはなく、両者間は絶縁されている。
The element heater pads 64P1 and 64P2 are in contact with element
そのほか、セラミック層61Bと貼合層65Bとの間で、先端側GS寄りの部位には、平板状のシールド電極層63Sが設けられている(図7参照)。このシールド電極層63Sは、セラミック層61B,61Aにそれぞれ設けたシールド電極ビア63V2,63V1及びシールド電極パッド63P3,63P2を通じて、セラミック層61Aの外側面、即ち、放電素子60の第1面60Aに設けたシールド電極パッド63P1に導通している。なお、貼合層65Aには、シールド電極パッド63P3,63P2を内部に含む形態のスルーホール65ATHが設けられており、シールド電極パッド63P3と63P2とが互いに接触して導通可能となっている。このため、放電素子60の外表面60CSに導電性シール体37が密着して形成されると、シールド電極パッド63P1が導電性シール体37に導通するので、シールド電極部63はいずれの部位も、導電性シール体37に導通し、センサグランド電位SGNDとされる。
In addition, a flat plate-like
前述したように、本実施例1の微粒子センサ10では、放電素子60のうち、被測定ガスSGに曝される素子先端部60Sに、この素子先端部60Sを加熱する素子ヒータ配線64を設けた。なお、素子ヒータ配線64の一端(素子ヒータパッド64P2)は、素子ヒータリード線86を介して、シャーシグランド電位CGNDに接続されている。
しかるに、このような素子先端部60Sを加熱するために素子ヒータ配線64を設けた場合、放電電極体62での放電により誘導電流が素子ヒータ配線64に流れる。このため、微粒子センサ10を制御する制御装置100(図8参照)において、この素子ヒータ配線64の一端(素子ヒータパッド64P2)が接続するシャーシグランド電位CGNDが変動するために、微粒子センサ10の出力信号(計測制御回路120からの出力信号)にノイズが重畳する場合がある。
As described above, in the
However, when the
これに対し、本実施例1では、図7から容易に理解できるように、センサグランド電位SGNDとされるシールド電極層63Sが、放電電極体62の放電配線62Lと、素子ヒータ配線64の素子ヒータリード線64L1,64L2及び素子ヒータ部64HTとの間に介在しており、放電配線62Lと、素子ヒータリード線64L1,64L2及び素子ヒータ部64HTとの間を電磁シールドする。
On the other hand, in the first embodiment, as can be easily understood from FIG. 7, the
これにより、放電電極体62での放電による誘導電流が素子ヒータ配線64に流れるのが抑制され、シャーシグランド電位CGNDの変動や、それに伴って微粒子センサ10の出力信号(計測制御回路120からの出力信号)にノイズが重畳することが抑制される。
しかも、シールド電極層63Sを導電性シール体37に導通してセンサグランド電位SGNDにする。具体的には、シールド電極層63Sに導通するシールド電極パッド63P1を、被シール部60Cの外表面60CSに設けたので、導電性シール体37に容易に導通して、シールド電極層63Sをセンサグランド電位SGNDにできる。このため、シールド電極層63Sをセンサグランド電位SGNDとするべく、微粒子センサ10内に放電素子60のシールド電極層63Sにセンサグランド電位SGNDを供給するための配線を設ける必要が無い。
As a result, the induced current due to the discharge at the
In addition, the
続いて、プロテクタ31の構造、及び、微粒子センサ10における微粒子Sの検知について説明する。
プロテクタ31は、先端側GSが窄んだ円筒状のプロテクタ本体32と、このプロテクタ本体32内に収容された複数(本実施例1では4つ)のトラップ部材33〜36から構成されている(図2及び図5参照)。プロテクタ31(プロテクタ本体32)の後端側GKには、複数のガス取入口32Iが、周方向に等間隔で並ぶ態様で形成されている(図5参照)。このガス取入口32Iを通じて、微粒子Sを含む被測定ガスSGが、プロテクタ31の内部空間Kに取り入れられる。このガス取入口32Iは、取付金具21の筒状壁部21Wの径方向内側DIに位置している(図2参照)。また、プロテクタ31(プロテクタ本体32)の先端部分には、取り入れた被測定ガスSGを排出するためのガス排出口32Oが形成されている。このガス排出口32Oは、その中心が微粒子センサ10の軸線AXと一致する円形状の開口であり、プロテクタ31の先端部分に1つだけ設けられている。
Next, the structure of the
The
図12に示すように、プロテクタ31(プロテクタ本体32)内で、素子ホルダ71よりも先端側GSの内部空間Kに、放電素子60の素子先端部60Sが突出している。そこで、針状電極部62Dを放電電位DVとして、センサグランド電位SGNDとされたプロテクタ31との間でコロナ放電(気中放電)を発生させると、この内部空間Kに酸素分子等が電離したイオンCPが発生する。このため、内部空間Kに被測定ガスSGを流通させると、被測定ガスSG中の微粒子SにイオンCPが付着し、帯電微粒子SCとなり、ガス排出口32Oから排気管EPに排出される。このようにして排出された排出イオンCPHに相当する電気量が、信号電流Isとして検知される。
As shown in FIG. 12, in the protector 31 (the protector main body 32), the
一方、微粒子Sに付着しなかった浮遊イオンCPFのガス排出口32Oからの排出を抑制するため、プロテクタ31には、トラップ部材33〜36によって、プロテクタ31内を流通する被測定ガスSGの流通経路を迷路状にしている。これにより、被測定ガスSG中の浮遊イオンCPFを、センサグランド電位SGNDとされたトラップ部材33〜36に効率的に付着させることができる。
On the other hand, in order to suppress the discharge of the floating ions CPF that have not adhered to the fine particles S from the
即ち、トラップ部材33〜36は、図5及び図12から理解できるように、1又は複数の貫通孔33d,34d,35d,36dが穿孔された板状部33b,34b,35b,36bを有している。しかも、隣り合うトラップ部材に設けた貫通孔同士が、軸線方向GHに見て重ならない配置とされている。このため、図12において破線の矢印で示すように、被測定ガスSGが、各トラップ部材33〜35の貫通孔33d,34d,35dを流通する際、被測定ガスSGが各トラップ部材34〜36の板状部34b,35b,36bに当たって進む流通経路となる。このため、被測定ガスSG中の浮遊イオンCPFも、センサグランド電位SGNDとされた各トラップ部材34〜36の板状部34b〜36bに衝突したり引き寄せられ易くなり、浮遊イオンCPFがガス排出口32Oから排出されるのが抑制される。
That is, as can be understood from FIG. 5 and FIG. 12, the
なお、実施例1では、「ヒータ付き絶縁スペーサ50」が、特許請求の範囲の「絶縁スペーサ」に相当し、「スペーサ本体51」が、特許請求の範囲の「本体部」に相当し、「第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57」が、特許請求の範囲の「リード部」に相当する。
In the first embodiment, the “insulating spacer with
(実施例2)
次に、本発明の実施例2について、図面を参照しつつ説明する。本実施例2の微粒子センサ210及び微粒子検知システム201は、実施例1の微粒子センサ10及び微粒子検知システム1と比較して、ヒータ付き絶縁スペーサ(絶縁スペーサ)のみが異なり、その他は同様である(図15参照)。従って、ここでは、実施例1と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The
図13は、本実施例2に係る微粒子センサ210の縦断面図である。図14は、微粒子センサ210の拡大断面図であり、図13とは軸線周りに90度ずれた位置で切断した縦断面図である。図15は、微粒子センサ210の分解斜視図である。図16は、実施例2に係るヒータ付き絶縁スペーサ250(絶縁スペーサ)の斜視図である。図17は、実施例2に係るヒータ付き絶縁スペーサ本体部250Aの斜視図である。
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the
本実施例2のヒータ付き絶縁スペーサ250は、図13〜図16に示すように、軸線方向GHに延びる筒状をなし、内側金具30と外側金具20との間に介在して、内側金具30と外側金具20とを電気的に絶縁している。このヒータ付き絶縁スペーサ250は、当該ヒータ付き絶縁スペーサ250の先端側GSに位置して排気ガスEG(測定対象ガス)に接触するガス接触部250S、及び、このガス接触部250Sを加熱するスペーサヒータ250B(詳細には、後述する発熱抵抗体254)を有する。
As shown in FIGS. 13 to 16, the insulating
本実施例2のヒータ付き絶縁スペーサ250は、図16及び図17に示すように、筒状のスペーサ本体51と、スペーサ本体51の外周面51bのうち軸線方向GHの先端側GSの部位に形成された膜状の発熱抵抗体254とを備える。さらに、ヒータ付き絶縁スペーサ250は、スペーサ本体51の外周面51bに形成された膜状のリード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)と、スペーサ本体51の外周面51bのうち軸線方向GHの後端側GKの部位に形成された膜状の端子接続部(第1端子接続部58及び第2端子接続部59)とを備える。このうち、スペーサ本体51は、電気絶縁性のセラミック(具体的には、アルミナ)からなり、軸線方向GHに延びる円筒状をなしている。
As shown in FIGS. 16 and 17, the insulating
また、発熱抵抗体254は、膜状の導体からなり、メアンダ状(ジグザグ状)をなし、ヒータ付き絶縁スペーサ250の周方向CDに延びた形態を有する。この発熱抵抗体254のうち、一方側CD1に位置する第1接続部254bと、他方側CD2に位置する第2接続部254cとは、スペーサ本体51の外周面51bにおいて、周方向CDについて近接して配置されている。第1接続部54bが、第1ヒータリード部56の先端に接続しており(電気的に接続しており)、第2接続部54cが、第2ヒータリード部57の先端に接続している(電気的に接続している)。この発熱抵抗体254を発熱させることで、ヒータ付き絶縁スペーサ250のガス接触部250Sを加熱することができる。なお、本実施例2の微粒子センサ210では、発熱抵抗体254は、軸線方向GHについて、絶縁ホルダ42よりも先端側GSに配置されている(図13及び図14参照)。
The
また、第1ヒータリード部56は、膜状の導体からなり、図14及び図17に示すように、その先端部(軸線方向GHの先端側GSに位置する部位)が発熱抵抗体254の第1接続部254bに接続して、軸線方向GHの後端側GKに延びる形状をなしている。第2ヒータリード部57は、膜状の導体からなり、図17に示すように、その先端部(軸線方向GHの先端側GSに位置する部位)が発熱抵抗体254の第2接続部254cに接続して、軸線方向GHの後端側GKに延びる形状をなしている。第1ヒータリード部56と第2ヒータリード部57とは、スペーサ本体51の周方向CDに離間している。
Further, the first
また、第1端子接続部58は、膜状の導体からなり、図14に示すように、第1ヒータリード部56の後端部56b(軸線方向GHの後端側GKに位置する部位)に接続している。第2端子接続部59は、膜状の導体からなり、図17に示すように、第2ヒータリード部57の後端部57b(軸線方向GHの後端側GKに位置する部位)に接続している。
The first terminal connection portion 58 is formed of a film-like conductor, and as shown in FIG. 14, is provided at a
なお、本実施例2では、発熱抵抗体254と第1ヒータリード部56と第2ヒータリード部57と第1端子接続部58と第2端子接続部59とを、スペーサ本体51の外周面51b上に、一体に形成している。具体的には、インクジェット印刷またはタンポ印刷によって、スペーサ本体51の外周面51bに、導体(金属微粒子)を膜状に印刷することで、発熱抵抗体254と第1ヒータリード部56と第2ヒータリード部57と第1端子接続部58と第2端子接続部59とを形成している。
In the second embodiment, the
また、本実施例2のヒータ付き絶縁スペーサ250では、発熱抵抗体254と、第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57と、第1端子接続部58及び第2端子接続部59とにより、スペーサヒータ250Bが形成されている。また、スペーサ本体51と、発熱抵抗体254と、第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57と、第1端子接続部58及び第2端子接続部59とにより、ヒータ付き絶縁スペーサ本体部250Aを構成している。
Further, in the insulating spacer with
本実施例2の微粒子センサ210では、上述のように、ヒータ付き絶縁スペーサ250が、ガス接触部250Sを加熱するスペーサヒータ250B(発熱抵抗体254)を有する。このため、ヒータ付き絶縁スペーサ250のガス接触部250Sに排気ガスEGに含まれるススなどの異物が付着して、内側金具30と外側金具20との間の電気絶縁性が低下した場合でも、スペーサヒータ250B(発熱抵抗体254)によってガス接触部250Sを加熱することで、ガス接触部250Sの表面に付着しているススなどの異物を除去することができる。これにより、センサグランド電位SGND(第1電位)とされる内側金具30とシャーシグランド電位CGND(接地電位)とされる外側金具20との間の電気絶縁性を回復させて、排気ガスEG中の微粒子の量を適切に検知することが可能となる。
In the
さらに、本実施例2の微粒子センサ210では、ヒータ付き絶縁スペーサ250が、スペーサ本体51の外周面51bの少なくとも一部を、外周面51bの周方向の全体にわたって隙間無く被覆する環状の電気絶縁膜255を有している(図16参照)。詳細には、電気絶縁膜255は、ヒータ付き絶縁スペーサ本体部250Aの外周面250Abの軸線方向一部(軸線方向GHについては一部の範囲であって、周方向CDについては全範囲である部位)である環状の第1外周面部250Acを、ヒータ付き絶縁スペーサ本体部50Aの外周面50Abの周方向CDの全体にわたって隙間無く被覆している(図16参照)。なお、本実施例2では、電気絶縁膜255は、第1端子接続部58及び第2端子接続部59を被覆することなく、発熱抵抗体254の全体と第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57の一部とを被覆している。
Further, in the
さらには、滑石圧粉体43の内周面43cの少なくとも一部(軸線方向一部)が、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bの周方向CDの全体にわたって、電気絶縁膜255の外周面255bと接触(圧接)している(図11参照)。詳細には、滑石圧粉体43の内周面43cが、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bの周方向CDの全体にわたって、電気絶縁膜255の外周面255bの軸線方向一部を径方向内側DI(図11において左側)に押圧する態様で接触している。なお、図11は、図13のC部拡大図である。
Furthermore, at least a part (part in the axial direction) of the inner
これにより、本実施例2の微粒子センサ210では、滑石圧粉体43の内周面43cを、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bの周方向CDの全体にわたって、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250b(詳細には、電気絶縁膜255の外周面255b)に対し、隙間無く(詳細には、滑石圧粉体43の内周面43cとヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bとの間に、両者の間を軸線方向GHに測定対象ガスが通過する隙間が無いように)接触させることができる。従って、本実施例2の微粒子センサ210は、滑石圧粉体43の内周面43cとヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bとの間を測定対象ガスが通過しないように、滑石圧粉体43の内周面43cがヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bに接触した微粒子センサとなる。
Accordingly, in the
また、滑石圧粉体43の外周面43bの少なくとも一部(軸線方向一部)が、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)の周方向CDの全体にわたって、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)と接触(圧接)している(図11参照)。詳細には、滑石圧粉体43の外周面43bの全体が、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)の周方向CDの全体にわたって、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)の軸線方向一部を径方向外側DO(図11において右側)に押圧する態様で接触している。
Further, at least a part (a part in the axial direction) of the outer
これにより、滑石圧粉体43の外周面43bを、外側金具20の内周面20c(詳細には、取付金具21の内周面21c)に対し、周方向CDの全体にわたって、隙間無く(詳細には、滑石圧粉体43の外周面43bと外側金具20の内周面20cとの間に、両者の間を軸線方向GHに測定対象ガスが通過する隙間が無いように)接触させることができる。
Thus, the outer
従って、本実施例2の微粒子センサ210は、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bと外側金具20(取付金具21の内周面21c)との間に介在する滑石圧粉体43によって、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bと外側金具20の内周面20cとの間が気密に封止(密閉)された微粒子センサとなる。
Accordingly, the
なお、本実施例2の微粒子センサ210では、電気絶縁膜255を、電気絶縁性セラミック(具体的には、アルミナ)の溶射膜によって構成している。電気絶縁性セラミックの溶射膜は、緻密なセラミックの膜になるので、当該溶射膜(電気絶縁膜255の外周面255b)に接触する滑石圧粉体43の内周面43cとの間の密閉性(シール性)が良好になる。
In the
また、本実施例2の微粒子センサ210では、発熱抵抗体254が、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bに露出することなく、電気絶縁膜255に覆われている(図16参照)。これにより、微粒子センサ10の使用時に、発熱抵抗体254の表面及び発熱抵抗体254の周囲に、排気ガスEG(測定対象ガス)に含まれるススなどの異物が付着することを防止することができ、当該異物を通じて発熱抵抗体254が短絡することを防止することができる。
Further, in the
また、本実施例2の微粒子センサ210では、電気絶縁膜255の厚みが、スペーサ本体51の厚みよりも薄くされている。このため、電気絶縁膜255の厚みを、スペーサ本体51の厚みと同等以上にする場合に比べて、ヒータ付き絶縁スペーサ250の熱容量を小さくすることができる。従って、本実施例2の微粒子センサ210では、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bと外側金具20との間を気密に封止するために、スペーサ本体51の外周面51b(ヒータ付き絶縁スペーサ本体部250Aの外周面250Ab)に電気絶縁膜255を設けているが、ヒータ付き絶縁スペーサ250における発熱量の低下(ヒータ250Bの加熱によるガス接触部250Sの温度上昇率の低下)を抑制することができる。
In the
さらに、本実施例2の微粒子センサ210では、滑石圧粉体43の内周面43cの全体が、電気絶縁膜255と接触している(図11参照)。すなわち、ヒータ付き絶縁スペーサ250の外周面250bのうち滑石圧粉体43の内周面43cと接触する部位は、全て、電気絶縁膜255の外周面255bとなっている。このようにすることで、スペーサ本体51の外周面51bに形成されている膜状のリード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)が、滑石圧粉体43と接触することを防止できる。従って、滑石圧粉体43との接触によってリード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)が損傷する等の不具合を防止できる。
Further, in the
なお、本実施例2では、電気絶縁膜255は、滑石圧粉体43のみならず、絶縁ホルダ42の内周面及び絶縁スリーブ44の内周面とも、これらの全周にわたって径方向に対向するように設けられている(図13及び図14参照)。これにより、絶縁ホルダ42及び絶縁スリーブ44が、スペーサ本体51の外周面51bに形成されている膜状のリード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)に接触することを防止できる。従って、絶縁ホルダ42または絶縁スリーブ44との接触によって、リード部(第1ヒータリード部56及び第2ヒータリード部57)が損傷する等の不具合を防止できる。
In the second embodiment, the electric
以上において、本発明を実施例1,2に即して説明したが、本発明は上述の実施例1,2に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。 In the above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and may be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. It goes without saying that you can do it.
例えば、実施例1,2では、滑石圧粉体43の内周面43cの全体が、ヒータ付き絶縁スペーサ50,250の外周面50b,250bの周方向CDの全体にわたって、電気絶縁膜55,255の外周面55b,255bに接触するようにした。
しかしながら、本発明において、滑石圧粉体の内周面とヒータ付き絶縁スペーサの外周面との間を測定対象ガスが通過しないようにするためには、滑石圧粉体43の内周面43cの少なくとも一部が、ヒータ付き絶縁スペーサの外周面の周方向CDの全体にわたって、電気絶縁膜の外周面に接触するようにすれば良い。
For example, in the first and second embodiments, the entire inner
However, in the present invention, in order to prevent the gas to be measured from passing between the inner peripheral surface of the talc green compact and the outer peripheral surface of the insulating spacer with a heater, the inner
具体的には、例えば、図18に示す変形例1の微粒子センサ310のように、電気絶縁膜として、軸線方向GHの長さが、滑石圧粉体43よりも短い電気絶縁膜355を、スペーサ本体51の外周面51bに形成するようにしても良い。より具体的には、滑石圧粉体43の内周面43cの軸線方向一部(図18に示す例では、軸線方向GHについて中央部分)が、ヒータ付き絶縁スペーサ350の外周面350bの周方向CDの全体にわたって、電気絶縁膜355の外周面355bに接触(外周面355bを径方向内側DIに押圧する態様で接触)するように、スペーサ本体51の外周面51bに電気絶縁膜355を形成するようにしても良い。なお、図18は、図2のB部拡大図に相当する図である。
Specifically, for example, like the
これにより、滑石圧粉体43の内周面43cの軸線方向一部を、ヒータ付き絶縁スペーサ350の外周面350bの周方向CDの全体にわたって、ヒータ付き絶縁スペーサ350の外周面350bの一部である電気絶縁膜355の外周面355bに対し、隙間無く(詳細には、滑石圧粉体43の内周面43cと電気絶縁膜355の外周面355bとの間に、両者の間を軸線方向GHに測定対象ガスが通過する隙間が無いように)接触させることができる。
Thus, a part of the inner
従って、本変形例1の微粒子センサ310は、滑石圧粉体43の内周面43cとヒータ付き絶縁スペーサ350の外周面350bとの間を測定対象ガスが通過しないように、滑石圧粉体43の内周面43cがヒータ付き絶縁スペーサ350の外周面350bに接触した微粒子センサとなる。これにより、ヒータ付き絶縁スペーサ350の外周面350bと外側金具20の内周面20cとの間に介在する滑石圧粉体43によって、ヒータ付き絶縁スペーサ350の外周面350bと外側金具20の内周面20cとの間を気密に封止(密閉)することができる。
Accordingly, the
1,201 微粒子検知システム
10,210,310 微粒子センサ
20 外側金具
20c 内周面
21 取付金具(外側金具)
21c 内周面
30 内側金具
43 滑石圧粉体(圧粉体)
43c 内周面
50,250,350 ヒータ付き絶縁スペーサ(絶縁スペーサ)
50b,250b,350b 外周面
50A,250A ヒータ付き絶縁スペーサ本体部
50Ab,250Ab 外周面
50Ac,250Ac 第1外周面部
50B,250B スペーサヒータ(ヒータ)
50S,250S ガス接触部
51 スペーサ本体(本体部)
51b 外周面
52 発熱シート
53 セラミックシート
53c 内側面
54,254 発熱抵抗体
55,255,355 電気絶縁膜
55b,255b,355b 外周面
56 第1ヒータリード部(リード部)
57 第2ヒータリード部(リード部)
58 第1端子接続部
59 第2端子接続部
60 放電素子
100 制御装置
AX 軸線
CD 周方向
CP イオン
DI 径方向内側
DO 径方向外側
EP 排気管(通気管)
EG 排気ガス(測定対象ガス)
GH 軸線方向
GS 先端側
GK 後端側
S 微粒子
SC 帯電微粒子
CGND シャーシグランド電位(接地電位)
SGND センサグランド電位(第1電位)
1,201
21c Inner
43c Inner
50b, 250b, 350b Outer
50S, 250S
51b Outer
57 Second heater lead (lead)
58 First
EG exhaust gas (gas to be measured)
GH Axial direction direction GS Front end side GK Rear end side S Fine particles SC Charged fine particles CGND Chassis ground potential (ground potential)
SGND Sensor ground potential (first potential)
Claims (7)
前記通気管に装着されて前記接地電位とされる筒状の外側金具と、
前記接地電位とは異なる第1電位とされ、前記外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具と、
前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記内側金具と前記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁してなり、前記測定対象ガスに接触するガス接触部を自身の前記軸線方向の先端側に有する絶縁スペーサと、
電気絶縁性粉末からなる環状の圧粉体であって、前記絶縁スペーサの外周面と前記外側金具の内周面との間に介在する圧粉体と、を備え、
前記絶縁スペーサは、
電気絶縁性のセラミックからなる筒状の本体部と、
電気絶縁性のセラミックシート、及び、前記セラミックシートの内側面に形成された膜状の発熱抵抗体、を有する発熱シートであって、前記本体部の外周面のうち前記軸線方向の先端側の部位に巻き付けられて、前記ガス接触部を加熱する発熱シートと、
前記本体部の前記外周面に形成された膜状のリード部であって、前記発熱抵抗体に接続して前記軸線方向の後端側に延びるリード部と、
前記本体部の前記外周面に形成されて、前記リード部の後端部に接続する膜状の端子接続部と、
前記端子接続部を被覆することなく、前記リード部の少なくとも一部を被覆する態様で、前記本体部の前記外周面の少なくとも一部を、周方向の全体にわたって隙間無く被覆する環状の電気絶縁膜と、を備え、
前記圧粉体は、前記軸線方向について前記発熱シートよりも後端側に位置し、
前記圧粉体の内周面の少なくとも一部は、周方向の全体にわたって前記電気絶縁膜と接触して、前記絶縁スペーサの前記外周面と前記外側金具の前記内周面との間を気密に封止してなる
微粒子センサ。 A particle sensor extending from a front end side to a rear end side in an axial direction, wherein a part on the front end side of the particle sensor is attached to a ventilation pipe set to a ground potential through which a gas to be measured containing fine particles flows, and the measurement is performed. In a fine particle sensor for detecting the amount of the fine particles in the target gas,
A cylindrical outer fitting that is attached to the ventilation pipe and is set to the ground potential;
An inner metal fitting that is a first potential different from the ground potential and is surrounded by the outer metal fitting in a radial direction;
It has a cylindrical shape extending in the axial direction, is interposed between the inner metal fitting and the outer metal fitting and electrically insulates both, and has a gas contact portion that contacts the gas to be measured in its own axial direction. An insulating spacer on the tip side of
An annular green compact made of an electrically insulating powder, comprising a green compact interposed between an outer peripheral surface of the insulating spacer and an inner peripheral surface of the outer metal fitting,
The insulating spacer,
A cylindrical main body made of electrically insulating ceramic;
A heating sheet comprising: an electrically insulating ceramic sheet; and a film-shaped heating resistor formed on an inner surface of the ceramic sheet, wherein a portion of the outer peripheral surface of the main body portion on the tip side in the axial direction. A heating sheet that is wound around and heats the gas contact portion;
A film-shaped lead portion formed on the outer peripheral surface of the main body portion, the lead portion being connected to the heating resistor and extending toward the rear end side in the axial direction;
A film-shaped terminal connection portion formed on the outer peripheral surface of the main body portion and connected to a rear end portion of the lead portion;
An annular electrical insulating film that covers at least a part of the outer peripheral surface of the main body without a gap over the entire circumferential direction without covering the terminal connection part; And
The green compact is located on the rear end side of the heating sheet in the axial direction,
At least a part of the inner peripheral surface of the green compact is in contact with the electrical insulating film over the entire circumferential direction, and hermetically seals the gap between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting. Particle sensor sealed.
前記電気絶縁膜の厚みは、前記セラミックシートの厚みよりも薄い
微粒子センサ。 The particle sensor according to claim 1, wherein
A fine particle sensor in which the thickness of the electric insulating film is smaller than the thickness of the ceramic sheet.
前記通気管に装着されて前記接地電位とされる筒状の外側金具と、
前記接地電位とは異なる第1電位とされ、前記外側金具によって径方向周囲を囲まれた内側金具と、
前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記内側金具と前記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁してなり、前記測定対象ガスに接触するガス接触部を自身の前記軸線方向の先端側に有する絶縁スペーサと、
電気絶縁性粉末からなる環状の圧粉体であって、前記絶縁スペーサの外周面と前記外側金具の内周面との間に介在する圧粉体と、を備え、
前記絶縁スペーサは、
電気絶縁性のセラミックからなる筒状の本体部と、
前記本体部の前記外周面のうち前記軸線方向の先端側の部位に形成された膜状の発熱抵抗体であって、前記ガス接触部を加熱する発熱抵抗体と、
前記本体部の前記外周面に形成された膜状のリード部であって、前記発熱抵抗体に接続して前記軸線方向の後端側に延びるリード部と、
前記本体部の前記外周面に形成されて、前記リード部の後端部に接続する膜状の端子接続部と、
前記端子接続部を被覆することなく、前記リード部の少なくとも一部を被覆する態様で、前記本体部の前記外周面の少なくとも一部を、周方向の全体にわたって隙間無く被覆する環状の電気絶縁膜と、を備え、
前記圧粉体の内周面の少なくとも一部は、周方向の全体にわたって前記電気絶縁膜と接触して、前記絶縁スペーサの前記外周面と前記外側金具の前記内周面との間を気密に封止してなる
微粒子センサ。 A particle sensor extending from a front end side to a rear end side in an axial direction, wherein a part on the front end side of the particle sensor is attached to a ventilation pipe set to a ground potential through which a gas to be measured containing fine particles flows, and the measurement is performed. In a fine particle sensor for detecting the amount of the fine particles in the target gas,
A cylindrical outer fitting that is attached to the ventilation pipe and is set to the ground potential;
An inner metal fitting that is a first potential different from the ground potential and is surrounded by the outer metal fitting in a radial direction;
It has a cylindrical shape extending in the axial direction, is interposed between the inner metal fitting and the outer metal fitting and electrically insulates both, and has a gas contact portion that contacts the gas to be measured in its own axial direction. An insulating spacer on the tip side of
An annular green compact made of an electrically insulating powder, comprising a green compact interposed between an outer peripheral surface of the insulating spacer and an inner peripheral surface of the outer metal fitting,
The insulating spacer,
A cylindrical main body made of electrically insulating ceramic;
A film-shaped heating resistor formed at a portion of the outer peripheral surface of the main body portion on the tip side in the axial direction, wherein the heating resistor heats the gas contact portion,
A film-shaped lead portion formed on the outer peripheral surface of the main body portion, the lead portion being connected to the heating resistor and extending toward the rear end side in the axial direction;
A film-shaped terminal connection portion formed on the outer peripheral surface of the main body portion and connected to a rear end portion of the lead portion;
An annular electrical insulating film that covers at least a part of the outer peripheral surface of the main body without a gap over the entire circumferential direction without covering the terminal connection part; And
At least a part of the inner peripheral surface of the green compact is in contact with the electrical insulating film over the entire circumferential direction, and hermetically seals the gap between the outer peripheral surface of the insulating spacer and the inner peripheral surface of the outer fitting. Particle sensor sealed.
前記電気絶縁膜の厚みは、前記本体部の厚みよりも薄い
微粒子センサ。 The particle sensor according to claim 3, wherein
A particle sensor, wherein the thickness of the electric insulating film is smaller than the thickness of the main body.
前記発熱抵抗体は、前記絶縁スペーサの外周面に露出することなく、前記電気絶縁膜によって被覆されている
微粒子センサ。 The particle sensor according to claim 3 or 4, wherein
The fine particle sensor, wherein the heating resistor is covered with the electric insulating film without being exposed on an outer peripheral surface of the insulating spacer.
前記電気絶縁膜は、電気絶縁性セラミックの溶射膜である
微粒子センサ。 The particle sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein
The particle sensor, wherein the electric insulating film is a sprayed film of an electric insulating ceramic.
前記圧粉体の前記内周面の全体が、前記電気絶縁膜と接触している
微粒子センサ。 The particle sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein:
A particle sensor in which the entire inner peripheral surface of the green compact is in contact with the electrical insulating film.
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