JP5864368B2 - Particulate matter detection element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用内燃機関の排気系等に使用され、被測定ガス中に含まれるカーボンからなる煤を主成分とする粒子状物質を検出する粒子状物質検出素子とその製造方法に関する。 The present invention relates to a particulate matter detection element that is used in an exhaust system of an internal combustion engine for automobiles and the like and detects particulate matter mainly composed of soot composed of carbon contained in a gas to be measured, and a manufacturing method thereof.
自動車用ディーゼルエンジン等において、燃焼排気に含まれる環境汚染物質、特に煤粒子(Soot)及び可溶性有機成分(SOF)を主体とする粒子状物質(Particulate Matter;以下、PMと称する。)を捕集するために、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、DPFと称する。)を設置することが行われている。DPFは、耐熱性に優れる多孔質セラミックスからなり、多数の細孔を有する隔壁に燃焼排気を通過させてPMを捕捉する。
DPFは、PM捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて圧力損失が増大したり、過剰に堆積したPMを燃焼したときに発生する熱によりDPFが破損してPMのすり抜けを生じたりする虞があり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。
In automobile diesel engines and the like, environmental pollutants contained in combustion exhaust, particularly particulate matter (hereinafter referred to as PM) mainly composed of soot particles and soluble organic components (SOF) are collected. For this purpose, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) is installed in the exhaust passage. The DPF is made of porous ceramics having excellent heat resistance, and traps PM by allowing combustion exhaust gas to pass through partition walls having a large number of pores.
If the amount of collected PM exceeds the allowable amount, the DPF will become clogged and the pressure loss will increase, or the DPF will be damaged by the heat generated when burning excessively accumulated PM, causing the PM to pass through. The collection ability is restored by periodically performing a regeneration process.
DPFの再生時期の適切な判断や、PMのすり抜け等の異常を早期に検出すべく、被測定ガス中のPMを検出するPM検出センサについて種々提案されている。
例えば、特許文献1には、板状の素子基材、素子基材に配設された一対の計測電極を備え、それぞれの計測電極は、平面的に配列された複数の櫛歯部と、各計測電極の複数の櫛歯部をその一端で連結する櫛骨部とを有する櫛歯状の電極であり、それぞれの計測電極の櫛歯部が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置されてなり、且つ、少なくとも一方の計測電極の櫛骨部は、誘電体からなる櫛骨被覆部によって被覆され、一対の計測電極及びその周囲に粒子状物質を付着させ、一対の計測電極間の電気的特性の変化を測定することにより粒子状物質の検出を行う粒子状物質検出装置が開示されている。
Various PM detection sensors for detecting PM in the gas to be measured have been proposed in order to appropriately detect the DPF regeneration timing and to detect abnormalities such as PM slipping at an early stage.
For example,
また、特許文献2には、一方の端部に二以上の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極とを備え、前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置が開示されている。
Further,
ところが、特許文献1にあるように、いわゆる櫛歯状電極を厚膜印刷やメッキ等の方法によって形成した場合、電極間の隙間は、30μm以下に設定するのは極めて困難である。このため、ナノメートル級の極めて小さいPMが検出電極層間に堆積して、電気的特性の検出が可能となるまでの不感質量が大きく、始動直後にPMの排出を検知できない虞がある。
また、絶縁性基板の表面に印刷形成した櫛歯状の検出電極層対をさらに絶縁層又は誘電層で覆い、検出面に堆積したPM量に応じて変化する、検出電極層間の静電容量を計測するようにした場合、静電容量の変化が小さく、検出精度が低いことが判明した。
However, as described in
In addition, the comb-like detection electrode layer pair printed on the surface of the insulating substrate is further covered with an insulating layer or a dielectric layer, and the capacitance between the detection electrode layers varies depending on the amount of PM deposited on the detection surface. When measured, it was found that the change in capacitance was small and the detection accuracy was low.
さらに、特許文献2にあるように、誘電体で覆われた一対の平板電極間に区画した貫通孔内にPMを導入して、PM量に応じて変化する平板電極間の静電容量を計測するようにした場合、平板電極間の距離は、貫通孔を区画するための誘電層の厚みと、平板電極を覆う誘電層の厚みに依存し、平板電極間の距離が長いと、もともとの平板電極間に形成される静電容量が小さくなり、検出が困難である上に、貫通孔内にPMが導入されたときの静電容量の変化も小さく、検出精度が低いことが判明した。
Furthermore, as disclosed in
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出部への堆積量に応じて変化する電気的特性を測定して被測定ガス中の粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出素子であって、不感質量が少なく、測定バラツキも少なく検出精度の高い粒子状物質検出素子とその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, in view of such circumstances, the present invention measures the electrical characteristics that change according to the amount of particulate matter contained in the measurement gas deposited on the detection unit, and thereby determines the amount of particulate matter in the measurement gas. It is an object of the present invention to provide a particulate matter detection element for detecting a particulate matter detection element that has a low insensitive mass, little measurement variation, and high detection accuracy, and a method for manufacturing the same.
請求項1の発明では、少なくとも、検出部として、一定の間隙を隔てて対向する一対の検出電極層(10A、10B)と、該検出電極層の表面を覆う絶縁層(20)と、を具備し、上記検出部(2)を略平板状の基板部(40)の先端に固定して被測定ガス中に配設せしめて、上記検出電極層(10A、10B)の周辺に存在する粒子状物質の量に応じて変化する上記検出電極層(10A、10B)間の静電容量、又は、交流インピーダンスを計測して被測定ガス中に含まれる粒子状物質を検出する粒子状物質検出素子であって、
上記一対の検出電極層(10A、10B)が上記基板部(40)の厚み方向に起立する略平板状であると共に、
上記絶縁層(20)を介して対向する上記一対の検出電極層(10A、10B)間に被測定ガス中の粒子状物質を捕集する捕集空間(30)を具備し、
上記粒子状物質検出素子の長手方向である素子長手方向における上記捕集空間(30)の幅(L CMB )が、上記厚み方向における上記検出電極層(10A、10B)の高さ(T CUT )よりも短く形成されていることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, at least the detection unit includes a pair of detection electrode layers (10A, 10B) facing each other with a certain gap, and an insulating layer (20) covering the surface of the detection electrode layer. Then, the detection part (2) is fixed to the tip of the substantially flat substrate part (40) and disposed in the gas to be measured, and the particulates present around the detection electrode layers (10A, 10B). A particulate matter detection element that detects the particulate matter contained in the gas to be measured by measuring the capacitance between the detection electrode layers (10A, 10B) that changes according to the amount of the substance or AC impedance. There,
The pair of detection electrode layers (10A, 10B) has a substantially flat plate shape standing in the thickness direction of the substrate portion (40), and
A collection space (30) for collecting particulate matter in the gas to be measured is provided between the pair of detection electrode layers (10A, 10B) opposed via the insulating layer (20) ,
The width (L CMB ) of the collection space (30) in the longitudinal direction of the element, which is the longitudinal direction of the particulate matter detection element, is the height (T CUT ) of the detection electrode layer (10A, 10B) in the thickness direction. It is characterized by being formed shorter.
請求項2の発明では、上記検出部(2)が、略平板状に形成した上記検出電極層(10A、10B)と、略平板状に形成した上記絶縁層(200A、200B)と、上記捕集空間(30)を区画した捕集空間形成層(202)とを積み重ねた積層構造である。
In the invention of
請求項3の発明では、少なくとも、上記絶縁層(20)において、上記一対の検出電極層(10A、10B)が互いに対向する表面を覆う方向(200A、200B)の膜厚(TDE L)が3μm以上、50μm以下であると共に、
上記捕集空間(30)の素子長手方向の幅(LCMB)が3μm以上、50μm以下であり、
上記厚み方向における上記検出電極層(10A、10B)の高さ(T CUT )が100μm以上、2000μm以下である。
In the invention of claim 3 , at least in the insulating layer (20), the film thickness (T DE L ) in the direction (200A, 200B) covering the surfaces of the pair of detection electrode layers (10A, 10B) facing each other. 3 μm or more and 50 μm or less,
The width (L CMB ) in the element longitudinal direction of the collection space (30) is 3 μm or more and 50 μm or less,
The height (T CUT ) of the detection electrode layers (10A, 10B) in the thickness direction is 100 μm or more and 2000 μm or less.
請求項4の発明では、上記電極層(10A、10B)が、MCrO3、MMnO3、MCoO3(但し、Mは、La、又は、Gdのいずれか)のいずれかから選択したペロブスカイト系の導電性セラミックであり、上記絶縁層(20)が、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、シリカ、セリアのいずれかから選択した絶縁性セラミックである。 In the invention of claim 4, the electrode layer (10A, 10B) is a perovskite-based conductive material selected from any one of MCrO 3 , MMnO 3 , and MCoO 3 (where M is either La or Gd). The insulating layer (20) is an insulating ceramic selected from alumina, zirconia, magnesia, titania, silica, and ceria.
請求項5の発明では、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の粒子状物質検出素子の製造方法であって、
少なくとも、導電性セラミック材料をシート状にした電極層シート(10G)を形成する電極層シート形成工程と、焼成によって焼失する焼失材料をシート状にした焼失層シート(30G)を形成する焼失層シート形成工程と、絶縁性セラミック材料をシート状にした絶縁性厚肉シート(200TKG)を形成する絶縁性厚肉シート形成工程と、上記絶縁性セラミック材料からなり上記絶縁性厚肉シート(200TKG)よりも薄い絶縁性薄肉シート(200TNG)を形成する絶縁性薄肉シート形成工程と、
上記電極層シート(10G)と、上記絶縁性厚肉シート(200TKG)とを重ね合わせて、所定形状の金型で同時に打ち抜くことにより、上記電極層シート(10G)内に所定形状に切り抜いた上記絶縁性厚肉シート(200TKG)を埋設させた埋設電極層シートを形成する電極層内絶縁層埋設工程と、
上記焼失層シート(30G)に、上記セラミック材料からなり所定形状に切り抜かれた絶縁膜を埋設させた埋設焼失層シートを形成する埋設焼失層シート形成工程と、
上記埋設電極層シートと、上記埋設焼失層シートと、上記絶縁性薄肉シート(200TNG)とを所定の積層パターンで重ね合わせて、少なくとも一対の電極層(A層、B層)と、これらを覆う絶縁層(I層)と、焼失層(V層)とが積層された積層構造の検出部積層体未焼成体(2G)を形成する積層工程と、
該積層工程によって得られた検出部積層体未焼成体(2G)を焼成して、上記検出電極層(10A、10B)、絶縁層(20)、捕集空間(30)とが一体の積層構造の検出部積層体(2)を形成する積層体焼成工程と、
該積層体焼成工程を経て、得られた検出部積層体(2)を、外部との接続を図る一対の検出リード部(50A、50B)を設けた略平板状の基板部(40)の所定位置に実装、固定する検出部実装工程とを具備する。
In invention of
At least an electrode layer sheet forming step for forming an electrode layer sheet (10G) in the form of a conductive ceramic material, and a burned layer sheet for forming a burned layer sheet (30G) in the form of a burned material that is burned off by firing. A forming step, an insulating thick sheet forming step for forming an insulating thick sheet (200 TKG) in the form of a sheet of insulating ceramic material, and the insulating thick sheet (200 TKG) made of the insulating ceramic material. An insulating thin sheet forming step for forming a thin insulating thin sheet (200TNG);
The electrode layer sheet (10G) and the insulating thick sheet (200TKK) are overlapped and punched out simultaneously with a mold having a predetermined shape to cut out the electrode layer sheet (10G) into a predetermined shape. An insulating layer embedding step in the electrode layer for forming an embedded electrode layer sheet in which an insulating thick sheet (200 TKG) is embedded;
An embedded burned layer sheet forming step of forming an embedded burned layer sheet in which an insulating film made of the ceramic material and cut into a predetermined shape is embedded in the burned layer sheet (30G);
The embedded electrode layer sheet, the embedded burned layer sheet, and the insulating thin sheet (200TNG) are stacked in a predetermined laminated pattern to cover at least a pair of electrode layers (A layer, B layer). A laminating step for forming a non-fired body (2G) having a laminated structure in which an insulating layer (I layer) and a burned-out layer (V layer) are laminated;
The detection unit laminate green body (2G) obtained by the lamination step is fired, and the detection electrode layer (10A, 10B), the insulating layer (20), and the collection space (30) are integrated in a laminated structure. A laminate firing step for forming the detector laminate (2) of
Through the laminate baking step, resulting detector laminate (2), a predetermined pair of detection lead to achieve a connection with the external (50A, 50B) substantially flat substrate portion provided with (40) And a detector mounting process for mounting and fixing at a position.
請求項1ないし4の発明によれば、上記検出電極(10A、10B)間に形成される静電容量が大きく、粒子状物質が上記捕集空間(30)内に取り込まれたときの静電容量の変化が大きくなり、不感質量が存在せず、極めて高精度に被測定ガス中のPM量を検出できる。
また、請求項5の発明によれば、検出電極(10A、10B)間の距離を上記焼失層(V層)の膜厚によって任意に設定することが可能となり、請求項1ないし4の発明に係る検出精度の高い粒子上物質検出素子が実現できる。
According to invention of
Further, according to the invention of
図1A、図1B、図1Cを参照して、本発明の第1の実施形態における粒子状物質検出素子1の概要について説明する。
なお、以下の説明に用いる図において、略長尺平板状に形成した粒子状物質検出素子1に対して素子長手方向をL方向、横幅方向をW方向、厚み方向をH方向として図中に矢印で示してある。
本発明の粒子状物質検出素子1は、検出部2として、一定の間隙を隔てて対向する一対の検出電極層10A、10Bと、検出電極層10A、10Bの表面を覆う絶縁層20とを具備し、検出部2を略平板状の基板部40の先端に固定して被測定ガス中に配設し、検出電極層10A、10Bの周辺に存在する粒子状物質の量に応じて変化する静電容量、又は、交流インピーダンスを計測して被測定ガス中に含まれる粒子状物質を検出するものである。
With reference to FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C, the outline | summary of the particulate
In the drawings used for the following description, the element longitudinal direction is L direction, the width direction is W direction, and the thickness direction is H direction with respect to the particulate
The particulate
粒子状物質検出素子1は、一対の検出電極層10A、10Bが基板部40に対して直交方向に起立すると共に、絶縁層20を介して対向する一対の検出電極層10A、10B間に被測定ガス中の粒子状物質を捕集する捕集空間30を具備することを特徴とする。
本発明において、被測定ガス中に載置される検出部2は、後述する製造方法によって形成された積層構造を有する検出部積層体2によって構成されている。
検出部積層体2は、略平板状に形成された検出電極層10A、10Bが交互に並び一対の検出電極層を構成し、検出電極層10A、10Bは、その表面が、絶縁層20によって覆われ、絶縁層20には、検出電極層10A、10Bの互いに対向する面の間に煤捕集空間30が区画されている。
The particulate
In this invention, the
The
検出電極層10A、10Bは、MCrO3、MMnO3、MCoO3(但し、Mは、La、Gdのいずれかを選択できる。)のいずれかから選択したペロブスカイト系の導電性セラミックによって形成されている。
さらに、絶縁層20は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、シリカ、セリアのいずれかから選択した絶縁性セラミックによって形成されている。
The
Furthermore, the insulating
検出電極層10A、10Bは、電極L方向幅LEL(電極層膜厚tEL)が、100μm以上、300μm以下、電極高さHEL(切削厚tCUT)が、0.1mm以上、2mm以下、電極幅WELが、2mm以上、30mm以下に形成されている。
本発明の検出電極層10A、10Bは、100μm以上の厚肉に形成されているので、電極層自体の電気抵抗が低く、検出精度を高くできる。
また、検出電極層10A、10Bは機械的強度の高い導電性セラミックによって形成されており、構造体としての強度を確保する役割を担っている。
The
Since the
Further, the
絶縁層20は、検出電極層10A、10Bのそれぞれを覆う絶縁層20A、20Bと、絶縁層20Aと絶縁層20Bとの間に介挿され、捕集空間30を区画する捕集空間形成層202とによって形成され、絶縁層20A、20Bは、検出電極層10A、10Bの互いに対向する面側を覆う素子L方向絶縁層200A、200Bと、検出電極層10A、10Bの素子平面に平行な面を覆う素子平面方向側絶縁層201A、201Bと、検出電極層10A、10Bの一方の端面を覆う端面側絶縁層203A、203Bとによって形成されている。
絶縁層20で覆われた検出電極層10A、10Bの対向する表面間の距離によって規定される捕集空間30の素子L方向の幅LCMBが、捕集空間30の高さHCMBを規定する絶縁層20で覆われた検出電極層10A、10Bの高さ(TCUT)よりも短く形成されている。
The insulating
The width L CMB in the element L direction of the
絶縁層20の内、素子L方向絶縁層200A、200Bの厚み(素子L方向誘電層厚TDEL)は、3μm以上、50μm以下に形成され、素子H方向側絶縁層201A、201Bの厚み(素子H方向誘電層厚TDEH)は、10μm以上、100μm以下に形成され、捕集層形成層202の厚み(捕集層形成層厚tCMB)は、3μm以上、50μm以下に形成され、端面側絶縁層203A、203Bの厚みは、10μm以上、100μm以下に形成されている。
Of the insulating
基板部40は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、シリカ、セリアのいずれかから選択した絶縁性セラミックを略平板状に形成した絶縁層400、401によって構成されている。
基板部40の表面には、検出部積層体2を固定すると共に、検出電極層10A、10Bとの導通を図るべく印刷形成された一対の検出リード部50A、50Bと、検出リード部50A、50Bの一方の端に設けられ外部との接続を図る一対の検出端子51A、51Bが形成されている。
基板部40の内側には、通電により発熱する発熱体41が埋設され、発熱体41と外部との接続を図るべく、一対の発熱体リード部42A、42Bが形成され、一対のスルーホール電極44A、44Bを介して、基板部41の裏面側に形成した一対の端子部43A、43Bと接続されている。
リード部42A、42B、端子部43A、43B、スルーホール電極44A、44Bには、Pt、Au、Ag、Pd、Rh等の公知の導電性材料が用いられている。
発熱体41には、Pt、Au、W、Rh、Mo等の公知の抵抗発熱材料が用いられている。
The
The
A
For the
For the
検出部積層体2の裏面側に露出する検出電極層10A、10Bの一方の端を接続端部101A、101Bとして、それぞれ、検出リード部50A、50Bに接続され一対の櫛歯状電極を構成している。
接続端子51A、51B間に交流電流を流すと、検出電極層10A、10Bの対向する平面間に電界が形成され、煤捕集空間30内に被測定ガス中のPMが引き込まれると、検出電極層10A、10B間の静電容量Cが変化する。このときに検出される静電容量の変化から、捕集空間内に存在するPM量を算出することが可能となる。
One end of the
When an alternating current is passed between the
ここで、図2A〜図6Cを参照して、本実施形態における粒子状物質検出素子1の製造方法について、工程順を追って説明する。
先ず、概略を説明する。本発明の粒子状物質検出素子1の製造方法においては、少なくとも、上述のMCrO3等の導電性セラミック材料をシート状に形成する電極層シート成形工程と、カーボン等の焼成によって焼失する焼失材料をシート状に形成する焼失層シート成形工程と、ジルコニア等の絶縁性セラミック材料をシート状、又は、膜状に形成する絶縁層シート形成工程、又は、絶縁層膜形成工程と、これらの工程によって得られた電極層シート(10G)、焼失層シート(30G)、絶縁層シート/絶縁層膜(200TNG)を所定の積層パターンで重ね合わせ、電極層(A層、B層)、絶縁層(I層)、焼失層(V層)とが積層された検出部積層体未焼成体2Gを形成する積層工程と、得られた検出部積層体未焼成体2Gを焼成して、電極層10A、10B、絶縁層20、捕集空間30とが一体の積層構造となった検出部積層体2を形成する積層体焼成工程と、該焼成工程を経て、得られた検出部積層体2を、外部との接続を図る一対の検出リード部50A、50Bを設けた略平板状の基板部40の所定位置に実装、固定する検出部実装工程とを具備する。以下、具体的な製造方法について説明する。
Here, with reference to FIG. 2A-FIG. 6C, the manufacturing method of the particulate
First, an outline will be described. In the method for manufacturing the particulate
先ず、例えば、ランタンクロマイト(La0.7Ca0.3CrO2.85、以下、LCCと略す。)等の導電性セラミック材料を主原料とし、8%イットリア安定化ジルコニア(以下、8YSZと略す。)を助剤とし、エタノール、酢酸イソペンチル、2-ブタノール等の分散媒と、ソルビタントリオレート等の分散剤、ポリビニルブチラール等の結合材、ブチルベンジルテレフタレート等の可塑剤を、遊星ボールミル等で粉砕混合し、導電層用スラリーを作製し、公知のドクターブレード法等によってシート状に成形して、導電シート10Gを得る。
このとき、導電シート10Gのシート厚tELは、焼成後に、100μm以上、300μm以下となるように調整する。
なお、符号に付したGは、グリーンシートを意味し、焼成前の状態であることを示し、以下の構成においても同様である。
First, for example, a conductive ceramic material such as lanthanum chromite (La 0.7 Ca 0.3 CrO 2.85 , hereinafter abbreviated as LCC) is used as a main raw material, and 8% yttria-stabilized zirconia (hereinafter abbreviated as 8YSZ). )) Is used as an auxiliary agent, and a dispersion medium such as ethanol, isopentyl acetate and 2-butanol, a dispersant such as sorbitan trioleate, a binder such as polyvinyl butyral, and a plasticizer such as butylbenzyl terephthalate are pulverized with a planetary ball mill or the like. Mixing is performed to prepare a slurry for the conductive layer, which is then formed into a sheet shape by a known doctor blade method or the like to obtain a
At this time, the sheet thickness t EL of the
In addition, G attached | subjected to a code | symbol means a green sheet, shows the state before baking, and is the same also in the following structures.
また、8YSZ等の絶縁性セラミックを主原料とし、焼成時の収縮調整及び密着性向上のために、LCCを助剤として添加し、エタノール、酢酸イソペンチル、2-ブタノール等の分散媒と、ソルビタントリオレート等の分散剤、ポリビニルブチラール等の結合材、ブチルベンジルテレフタレート等の可塑剤を、遊星ボールミル等で粉砕混合し、絶縁層用スラリーを作製し、公知のドクターブレード法等によってシート状に成形して、絶縁性厚肉シート200TKGと絶縁性薄肉シート200TNGを得る。
絶縁厚肉シート200TKGは、導電シート10Gと同じ膜厚に形成し、絶縁性薄肉シート200TNGは、3μm以上、50μm以下の膜厚に形成する。また、絶縁性薄肉シート200TNGは、ドクターブレード法によらず、同種の絶縁性セラミック材料等を用いて印刷用ペーストを作成し、厚膜印刷によって形成するようにしても良い。
In addition, an insulating ceramic such as 8YSZ is used as a main raw material, and LCC is added as an auxiliary agent for adjusting shrinkage and improving adhesion during firing, and a dispersion medium such as ethanol, isopentyl acetate and 2-butanol, and sorbitan trio. A dispersing agent such as a rate, a binder such as polyvinyl butyral, and a plasticizer such as butylbenzyl terephthalate are pulverized and mixed with a planetary ball mill or the like to produce a slurry for an insulating layer, which is formed into a sheet by a known doctor blade method or the like. Thus, the insulating thick sheet 200TKG and the insulating thin sheet 200TNG are obtained.
The insulating thick sheet 200TKG is formed to the same film thickness as the
さらに、カーボン等の焼成により焼失する焼失材とエタノール、酢酸イソペンチル、2-ブタノール等の分散媒と、ソルビタントリオレート等の分散剤、ポリビニルブチラール等の結合材、ブチルベンジルテレフタレート等の可塑剤を、遊星ボールミル等で粉砕混合し、焼失層用スラリーを作製し、公知のドクターブレード法等によってシート状に成形して、焼失層シート30Gを得る。
なお、焼失層シート30Gは、3μm以上、50μm以下の膜厚のものを用意する。また、焼失層シート30Gの膜厚を30μm以下に設定する場合には、同種の焼失材等を用いて印刷用ペーストを作成し、印刷形成するようにしても良い。
Furthermore, a burned-out material that burns down by firing such as carbon, a dispersion medium such as ethanol, isopentyl acetate, 2-butanol, a dispersant such as sorbitan trioleate, a binder such as polyvinyl butyral, a plasticizer such as butylbenzyl terephthalate, By grinding and mixing with a planetary ball mill or the like, a burnt layer slurry is prepared and formed into a sheet by a known doctor blade method or the like to obtain a burned
The burned-out
電極層内絶縁層埋設工程では、上述の工程を経て得られた絶縁性厚肉シート200TKGと導電シート10Gとを図2A、図2Bに示すように重ね合わせ、所定形状の打ち抜きパターンを施した金型M1、M2を用いて、図2C、図2Dに示すように導電シート10G内に、絶縁性厚肉シート200TKGを所定の形状(201AG、203AG)に切り抜きつつ埋め込み、図2C、図2Eに示すような、検出電極層10Aとなるパターンを形成したA層を得ることができる。
なお、本実施形態においては、最終的に4個の検出部積層体2が得られるパターンを例示してある。
In the insulating layer embedding process in the electrode layer, the insulating thick sheet 200TKG obtained through the above-described process and the
In addition, in this embodiment, the pattern from which the four detection part laminated
次いで、図3A、図3Bに示すように、絶縁性薄肉シート200TNGと焼失層シート30Gとを重ね合わせ、所定の打ち抜きパターンを施した金型M3、M4を用いて、図3C、図3Dに示すように焼失層シート30G内に、絶縁性薄肉シート200TNGを所定の形状(202G)に切り抜きつつ埋め込み、図3C、図3Eに示すような、捕集層形成層202となるパターンを形成したV層を得ることができる。
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the insulating thin sheet 200TNG and the burnt-out
次いで、図4Aに示すように、絶縁性薄肉シート200TNGを所定の形状に打ち抜いたI層と、上述の工程を経て得られたA層と、I層と、上述の工程を経て得られたV層とを重ね合わせることで、検出電極層10Aの周りを絶縁層が覆い、焼成後に捕集空間30となる焼失層30Gが配設された第1の積層ユニットU1を形成することができる。
同様にして、図4Bに示すように、検出電極層10Bの周りを絶縁層が覆い、焼成後に捕集空間30となる焼失層30Gが配設された第2の積層ユニットU2を形成することができる。なお、A層とB層、及び、第1の積層ユニットU1と第2の積層ユニットU2とは、平面方向に180度回転した関係となっている。
Next, as shown in FIG. 4A, the I layer obtained by punching the insulating thin sheet 200TNG into a predetermined shape, the A layer obtained through the above steps, the I layer, and the V layer obtained through the above steps. By superimposing the layers, an insulating layer covers the
Similarly, as shown in FIG. 4B, the second laminated unit U2 in which the insulating layer covers the
このようにして得られた第1の積層ユニットU1と第2の積層ユニットU2とを図4Cに示すように交互に積み重ね、最上端に絶縁性厚肉シート200TKGからなるI層を重ね、加熱圧着することで、積層体モジュールSTMが形成される。
得られた積層体モジュールSTM1を図5A、図5Bに示すように、ダイシングソー6を用いて、端部DM1、DM2を切断除去すると共に、個々の検出部積層体未焼成体2Gに切断する。
なお、本実施形態においては、積層、乾燥後に切断する例を示したが、個片への切断は、焼成後に行っても良い。
The first laminated unit U1 and the second laminated unit U2 thus obtained are alternately stacked as shown in FIG. 4C, and an I layer made of an insulating thick sheet 200TKG is stacked on the uppermost end, and thermocompression bonding is performed. By doing so, the laminated body module STM is formed.
As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the obtained laminated body module STM1 is cut using a dicing saw 6 to cut and remove the end portions DM1 and DM2, and cut into individual detecting portion laminated body
In the present embodiment, an example of cutting after lamination and drying is shown, but cutting into pieces may be performed after firing.
得られた検出部積層体未焼成体2Gを所定の温度で加熱処理することにより、図6A、図6B、図6Cに示すように、検出部積層体2を得ることができる。
具体的な加熱処理方法としては、例えば600℃で脱脂後、1500℃で焼成する。
By subjecting the obtained detection unit laminate
As a specific heat treatment method, for example, after degreasing at 600 ° C., baking is performed at 1500 ° C.
検出部積層体2は、検出電極層10A、10Bが交互に並び、検出部積層体2の左右両側に向かって交互に分かれて検出電極層10A、10Bの一方の端が接続端部101A、101Bとなり、検出電極層10A、10Bの他方の端が絶縁端部102A、102Bとして、電極端部絶縁層203A、203Bに覆われている。
本発明の要部である検出部積層体2は、上記のような積層構造を用いて、各層の積層方向の膜厚によって、各層の素子L方向の幅を決定しているため、極めて高い精度で調整が可能である上に、積層数を変えることによって櫛歯状電極の歯数を任意に変えることが可能で、極めて自由度が高い。
In the
The
基板部40は、アルミナ等の絶縁性セラミックを用いてドクターブレード法等の公知の製造方法によってシート状に形成した絶縁シート400、401の内側に、Pt等の公知の抵抗発熱材料及び導電性材料を用いて、発熱体41と一対の発熱リード部42A、42Bとが厚膜印刷等により形成され、一体となっている。
基板部40の裏面側には、発熱体リード部42A、42Bにスルーホール電極44A、44Bを介して接続する通電端子部43A、43Bが形成されている。
基板部40の表面には、厚膜印刷等の公知の製造方法によって一対の検出リード部50A、50B及び外部との接続を図る検出端子部51A、51Bが形成されている。
検出電極層10A、10Bのそれぞれの接続端部101A、101Bと検出リード部50A、50Bとを、ハンダ付け、ロウ付け、一体焼成等の方法により接続して、電気的導通を図ると共に、基板部40と検出部積層体2との接合を図ることにより、本発明の粒子状物質検出素子1が完成する。
なお、検出部積層体2と基板部40とを強固に接合するため、検出部積層体2を構成する絶縁材料と基板部40を構成する絶縁材料との中間的な組成の絶縁材料を用いて形成したシートを出部積層体2の両側側面と基板部40の両側側面とを跨ぐように貼り付け、検出部積層体2と基板部40とを一体に焼成するようにしても良い。
The
On the back side of the
A pair of
The
In order to firmly bond the
検出電極層10A、10Bの高さHELは、積層体モジュールSTMから検出部積層体未焼成体2Gを切り出すときの切り出し厚TCUTを変えることによって、例えば、100μm以上、2000μm以下の範囲で調整可能であり、好ましくは、100μm以上、500μm以下に設定するのが良い。
また、検出電極層10A、10Bの互いに対向表面を覆う、電極L方向絶縁層200A、200Bの厚みTDELは、絶縁性薄肉シート200TNGのシート厚を変更することによって3μm以上、50μm以下の範囲で調整可能であり、好ましくは、5μm以上、20μm以下とするのが良い。
さらに、捕集空間30の素子L方向の幅LGPは、焼失層30Gのシート厚TBNT(捕集空間形成層202Gのシート厚に等しい。)によって決まり、3μm以上、50μm以下の範囲で調整可能であり、好ましくは、5μm以上、20μm以下とするのが良い。
検出電極層10A、10Bの素子L方向の幅LELは、導電性厚肉シート200TKGのシート厚TELによって決まり、100μm以上、300μm以下の範囲で調整可能であり、好ましくは、100μm以上、200μm以下とするのが良い。
Further, the thickness T DE L of the electrode L
Furthermore, the width L GP in the element L direction of the
検出電極層10A、10Bの被測定ガス側の表面を覆う素子H方向絶縁層201A、201Bの厚みTDEHは、絶縁層打ち込み電極層シート(A層、B層)を形成する際に金型M1、M2によって形成されるパターン及び、積層体モジュールSTMから個片を切り出すときの切断位置によって任意に調整することができる。
本発明においては、素子L方向絶縁層200A、200Bを介して、互いに対向する検出電極層10A、10Bによって捕集空間30内に形成される静電容量を検出し、捕集空間30内に取り込まれたPM量に応じて検出される静電容量の変化に基づいて、被測定ガス中のPM量を算出するものであるから、素子H方向絶縁層201A、201Bの厚みTDEHの多寡による検出結果への影響は少なく、検出電極層10Aと検出電極層10Bとの間の絶縁性を確保できれば良く、素子H方向絶縁層201A、201Bの厚みTDEHは、適宜変更可能である。
The thickness T DE H of the element H-
In the present invention, the capacitance formed in the
ここで、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。図7Aに比較例1として示す粒子状物質検出素子1zと、図7Bに比較例2として粒子状物質検出素子1yとを用意し、本発明の実施形態における粒子状物質検出素子1との比較を行った。
なお、比較例1、比較例2において、本発明と同一の構成については同じ符号を付し、相違点のある構成について、対応する構成の符号に枝番としてそれぞれz、yの符号を付した。比較例1、比較例2は、いずれも、基板部40に発熱体41を内蔵する点は、本発明と同様である。
比較例1として示す粒子状物質検出素子1zは、図7Aに示すように、発熱体41を内蔵する絶縁基板部40の表面に一対の櫛歯状電極10zA、10zB、検出リード部51zA、52zA、検出端子51zB、52zBを厚膜印刷形成し、これを膜厚tDEが10μmの誘電体層200zで覆ってある。
比較例2として示す粒子状物質検出素子1yは、図7Bに示すように、絶縁性基板の側面方向に貫通する捕集空間30zを区画し、それぞれ、膜厚tDEが250μmの誘電体層200yA、200yBを介して捕集空間30yに対向する一対の平行平板電極10yA、10yBを形成し、その表面を絶縁層201yA、201yBで覆ってある。
比較例1において、一対の櫛歯状電極を構成するそれぞれの検出電極層10Az、10Bzは、膜厚tELが約10μm、電極面積Sが0.25cm2(例えば、2.5mm幅×10mm長)に形成され、電極間距離LGPは、50μmに設定されている。
比較例2においては、一対の平行平板電極10Ay、10Byは、電極面積Sが0.5cm2に設定され、平行平板間距離は、1000μmとなっている。
Here, the test performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated. A particulate
In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the same components as those of the present invention are denoted by the same reference numerals, and the components having different points are denoted by z and y as branch numbers, respectively. . Both Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are similar to the present invention in that the
As shown in FIG. 7A, the particulate
Particulate matter detection device 1y as a comparative example 2, as shown in FIG. 7B, penetrating the side surface direction of the insulating substrate defines a collecting space 30z, respectively, the thickness t DE is 250μm dielectric layer 200yA A pair of parallel plate electrodes 10yA and 10yB facing the
In Comparative Example 1, each of the detection electrode layers 10Az and 10Bz constituting the pair of comb-like electrodes has a film thickness t EL of about 10 μm and an electrode area S of 0.25 cm 2 (for example, 2.5 mm width × 10 mm length). ) And the interelectrode distance L GP is set to 50 μm.
In Comparative Example 2, the electrode area S of the pair of parallel plate electrodes 10Ay and 10By is set to 0.5 cm2, and the distance between the parallel plates is 1000 μm.
図8A、図8B、図8Cは、それぞれ、本発明の実施例1、比較例1、比較例2において、検出電極層間に交流を印加したときに形成される電界の違いを模式的に示すものである。
本発明の粒子状物質検出素子1においては、一対の検出電極層10A、10Bが基板部40に対して直交方向に起立する略平板状であると共に、絶縁層20を介して対向する一対の検出電極層10A、10B間に被測定ガス中の粒子状物質を捕集する捕集空間30が区画されているので、図8Aに示すように、検出電極層10A、10Bの間に形成される静電容量を計測するために検出電極層10A、10B間に電圧を印加すると、検出電極層10A、10Bの互いに対向する表面間に強い電界Eが形成され、捕集空間30内に粒子状物質PMが引き込まれる。
また、本発明の粒子状物質検出素子1において、検出電極層10A、10B間に形成される静電容量は、検出電極層10A、10Bの対向する表面の面積Sに比例し、検出電極層10A、10B間の距離に反比例するので捕集空間30の高さHCMBに比べて捕集空間30の幅LCMBが短いので、検出電極を印刷形成した場合に比べ遥かに大きな静電容量となり、捕集空間30内にPMが取り込まれたときの静電容量の変化も大きくなる。
なお、検出電極10A、10B間で計測される静電容量は、捕集空間30の空気層(被測定ガス)の静電容量と検出電極層10A、10Bの対抗する表面を覆う絶縁層200A、200Bの比誘電率によって決まる絶縁層の静電容量との合成容量によって決まり、捕集空間30内に存在するPM量に応じて変化する。
8A, FIG. 8B, and FIG. 8C schematically show the difference in the electric field formed when alternating current is applied between the detection electrode layers in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 of the present invention, respectively. It is.
In the particulate
In the particulate
The capacitance measured between the
一方、比較例1においては、検出電極層10Az、10Bz間に形成される電界Ezは、図8Bに示すように、平面的に形成された検出電極層10Az、10Bz間において、絶縁層200zをアーチ状に広がりをもって橋渡しするように形成されるため、本発明のような高い電界密度は得られない。さらに、比較例1においては、検出電極10Az、10Bz間には、絶縁層200zが充填され、PMが捕集される空間が存在せず、素子表面への堆積となるため、被測定ガスの流れによっては、素子表面に堆積したPMが流されてしまう虞があり、検出結果が安定しない虞もある。
On the other hand, in Comparative Example 1, the electric field Ez formed between the detection electrode layers 10Az and 10Bz arches the insulating
また、比較例2においては、本発明と同様、互いに対向する検出電極層10Ay、10By間に電界Eyが作用するが、電極間距離(例えば、250μm+500μm+250μm=1mm)が長く、検出電極層10Ay、10By間に検出される静電容量は、本発明の粒子状物質検出素子1に比べ遥かに小さい。
In Comparative Example 2, as in the present invention, the electric field Ey acts between the detection electrode layers 10Ay and 10By facing each other, but the distance between the electrodes (for example, 250 μm + 500 μm + 250 μm = 1 mm) is long, and the detection electrode layers 10Ay, 10By. The capacitance detected in the meantime is much smaller than that of the particulate
本発明の効果を確認するために、本発明の粒子状物質検出素子1(実施例1)と、従来の印刷形成された一対の櫛歯状電極の表面を誘電体で覆った粒子状物質検出素子1z(比較例1)と、誘電体で覆われた一対の平行平板電極間に基体の側面方向に貫通孔を設けた粒子状物質検出素子1y(比較例2)を用いて、燃焼排気を模した被測定ガスとして、大気を1m/sのガス流速で流し、PMを模して、カーボンを8μg/sの速度で供給し、粒子状物質検出素子周辺の温度を200℃に調整し、測定周波数を10kHzに設定して、検出電極間の静電容量の変化を計測し、その結果を図9A、図9Bに示す。
また、本発明の粒子状物質検出素子1において、検出電極層10B、10B間に形成された捕集空間30の幅LCMB、即ち、捕集空間形成層(202)の板厚tBNTを5μmから20μmに変化させたときの影響を計測し、その結果を図9Cに示す。
図9A、図9Bに示すように、本発明の粒子状物質検出素子1を用いた実施例1において、比較例1、比較例2に比べ、PM量Qの変化に対して検出される静電容量Cの変化が大きく、PM検出能力が遙かに高いことが分かる。
また、図9Bに示すように、実施例1においては、極めて少量のPMの検出が可能で、従来のような不感期間が全く存在しない。
さらに、図9Cに示すように、捕集空間30の幅LCMBが短い程、即ち、検出電極層10A、10B間の距離が短い程、静電容量の変化が大きく、測定感度を向上できることが判明した。
本発明においては、上述の如く、捕集空間形成層202の厚みを調整することによって、3μmから50μmまで、放電空間30の幅LCMBを任意に調整できるので、センサとしての自由度が極めて高い。
In order to confirm the effect of the present invention, the particulate
In the particulate
As shown in FIG. 9A and FIG. 9B, in Example 1 using the particulate
Further, as shown in FIG. 9B, in Example 1, a very small amount of PM can be detected, and there is no dead period as in the prior art.
Furthermore, as shown in FIG. 9C, the shorter the width L CMB of the
In the present invention, as described above, the width L CMB of the
図10A、図10Bを参照して、本発明の第2の実施形態における粒子状物質検出素子1aについて説明する。
上記実施形態においては、検出部積層体2内において、検出電極層10A、10Bは、それぞれ独立して設けられ、基板40の表面に設けた検出リード部50A、50Bに接続することによって一対の櫛歯状電極を形成するようにした例を示したが、本実施形態においては、検出部積層体2a内において、検出電極層10A、10Bがそれぞれの接続端部101A、101Bにおいて共通電極12A、12Bに接続され一対の櫛歯状電極を構成し、共通電極12A、12Bが、素子の底面側でそれぞれ検出リード部50A、50Bに接続され、さらに共通電極12A、12Bの外表面が、絶縁層204A、205A、204B、205Bに覆われている点が相違する。本実施形態においても上記実施形態と同様の効果が発揮される。
加えて、上記実施形態においては、複数の検出電極層10A、10Bのそれぞれの接続端101A、101Bの全てを検出リード部50A、50Bに確実に接続する必要があるが、本実施形態においては、検出部積層体2a内において予め、検出電極層10A、10Bと共通電極12A、12Bとが接続されているので、基板部40への実装作業が極めて容易である。
With reference to FIG. 10A and 10B, the particulate
In the above-described embodiment, the
In addition, in the above embodiment, it is necessary to securely connect all of the connection ends 101A and 101B of the plurality of
図11A、図11B、図12A、図12B、図12Cを参照して、第2の実施形態における粒子状物質検出素子1aの製造方法について説明する。
本実施形態においては、図2Aから図4B迄に示した工程と同様の工程をへて、積層体モジュールSTMを形成した後、共通電極12A、12Bとして、導電シート10Gを用い、絶縁層204AG、205AG、204BG、205BGとして、絶縁層シート200TNGを用いて、図11A、図11Bに示すように、積層体モジュールSTMの両側から貼り合わせるようにして電極層10A、10Bと共通電極12A、12Bとが接続され、その外側を絶縁層204A、205A、204B、205Bが覆うようにした積層体モジュールSTMaを形成することができる。
これを、第1の実施形態と同様に個々の検出部積層体2aに切り出して、焼成することにより、図12A、図12B、図12Cに示すような内部に一対の櫛歯状電極を形成した検出部積層体2aを形成することができる。
このようにして得られた検出部積層体2aを検出リード部50A、50Bを形成した基板部40に実装することで、第2の実施形態における粒子状物質検出素子1aが完成する。
With reference to FIG. 11A, FIG. 11B, FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C, the manufacturing method of the particulate
In the present embodiment, the process similar to the process shown in FIGS. 2A to 4B is performed to form the multilayer module STM, and then the
A pair of comb-like electrodes were formed in the interior as shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C by cutting out and firing the
The particulate
図13を参照して、本発明の第3の実施形態における粒子状物質検出素子1cについて説明する。
上記実施形態においては、検出部積層体2を複数同時に成形する方法を示したが、当然のことながら本図に示すように、1つの検出部積層体2cを形成するようにしても良いし、これを基本構成として、多数個を同時に形成できるようにしても良い。
A層は、絶縁性厚肉シート200TKGに検出電極層10Acと、共通電極層121Bcとを埋め込み形成してある。
B層は、A層を平面方向に180度回転させたものであり、絶縁性厚肉シート200TKGに検出電極層10Bcと、共通電極層121Acとを埋め込み形成してある。
C層は、絶縁性薄肉シート200THGに共通電極層120Ac、120Bcを埋め込み形成してある。また、C層は、厚膜印刷によって形成しても良い。
V層は、焼失層シート30Gと共通電極層122Ac、122Bcとが絶縁層200TNGに埋め込み成形してある。また、V層も、厚膜印刷によって形成しても良い。
本図に示すように、A層、C層、V層、C層、B層、C層、V層・・・を繰り返して積層し、終端部に絶縁性厚肉シート200THKからなるE層を積層し、圧着し、焼成することによって検出部積層体2cが完成する。
得られた検出部積層体2cを基板部40に実装することにより、本実施形態における粒子状物質検出素子1cが完成する。
なお、上記の製造方法において、各層を積層する際に、周囲にダミー部を設けて位置決めのためのガイドピンを挿入できるようにしても良い。
また、上記の製造方法においては、加熱圧着を基本として説明してあるが、必要に応じて、上下の層の中間的な材料を含む接着層を塗布して積層するようにしても良い。
With reference to FIG. 13, a particulate matter detection element 1c according to a third embodiment of the present invention will be described.
In the above-described embodiment, the method of simultaneously forming a plurality of detection unit stacks 2 has been shown, but as a matter of course, one detection unit stack 2c may be formed as shown in the figure, Based on this as a basic configuration, a large number may be formed simultaneously.
The A layer is formed by embedding the detection electrode layer 10Ac and the common electrode layer 121Bc in the insulating thick sheet 200TKG.
The B layer is obtained by rotating the A layer 180 degrees in the plane direction, and is formed by embedding the detection electrode layer 10Bc and the common electrode layer 121Ac in an insulating thick sheet 200TKG.
The C layer is formed by embedding the common electrode layers 120Ac and 120Bc in the insulating thin sheet 200THG. The C layer may be formed by thick film printing.
The V layer is formed by embedding the
As shown in this figure, the A layer, C layer, V layer, C layer, B layer, C layer, V layer,... Are repeatedly laminated, and the E layer made of the insulating thick sheet 200THK is formed at the terminal portion. The detection unit laminate 2c is completed by laminating, pressing and firing.
By mounting the obtained detection unit laminate 2c on the
In the above manufacturing method, when the layers are stacked, a dummy portion may be provided around the layers so that guide pins for positioning can be inserted.
In the manufacturing method described above, thermocompression bonding is described as a basis. However, an adhesive layer including an intermediate material between upper and lower layers may be applied and laminated as necessary.
なお、上記の製造方法のように、検出電極層10A、10BのH方向表面を覆う絶縁層201A、201Bを、予め、埋め込んでから各層を積層する方法によらず、絶縁層201A、201Bを埋め込むことなく、単純に、導体層シート10G、I層、V層を繰り返して積層した後、一方の端面に絶縁層を印刷形成し、焼成することによって、焼失層の形成された部分の絶縁層を焼失層と共に焼失させることも考えられるが、捕集空間の開口部を塞ぐように絶縁層が残留したり、電極層表面を覆う絶縁層の剥離を招いたりする虞があり、信頼性に欠けるため妥当ではない。
Note that the insulating
1 粒子状物質検出素子
10A、10B 検出電極層
10G 導電シート
101A、101B 接続端部
102A、102B 電極層絶縁端部
2 検出部積層体
20A、20B 絶縁層
200TKG 絶縁性厚肉シート
200TNG 絶縁性薄肉シート
200A、200B 電極対向面側絶縁層
201A、201B 素子平面方向側絶縁層
202 捕集空間形成層
203A、203B 電極端部絶縁層
30 煤捕集空間
30G 焼失層シート
40 基板部
400、401 絶縁性基板
41 発熱体
50A、50B 検出電極層リード部
6 ダイシングソー
A層、B層 絶縁層埋め込み電極層
I層 絶縁層
C層 導体層埋め込み絶縁層
V層 焼失層
STM 積層体モジュール
M1、M2、M3、M4 金型
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記一対の検出電極層(10A、10B)が上記基板部(40)の厚み方向に起立する略平板状であると共に、
上記絶縁層(20)を介して対向する上記一対の検出電極層(10A、10B)間に被測定ガス中の粒子状物質を捕集する捕集空間(30)を具備し、
上記粒子状物質検出素子の長手方向である素子長手方向における上記捕集空間(30)の幅(L CMB )が、上記厚み方向における上記検出電極層(10A、10B)の高さ(T CUT )よりも短く形成されていることを特徴とする粒子状物質検出素子。 At least, the detection unit includes a pair of detection electrode layers (10A, 10B) facing each other with a certain gap, and an insulating layer (20) covering the surface of the detection electrode layer, and the detection unit (2 ) Is fixed to the tip of the substantially flat substrate portion (40) and disposed in the gas to be measured, and changes according to the amount of particulate matter existing around the detection electrode layer (10A, 10B). A particulate matter detection element for measuring a capacitance between the detection electrode layers (10A, 10B) or an alternating current impedance to detect particulate matter contained in the gas to be measured,
The pair of detection electrode layers (10A, 10B) has a substantially flat plate shape standing in the thickness direction of the substrate portion (40), and
A collection space (30) for collecting particulate matter in the gas to be measured is provided between the pair of detection electrode layers (10A, 10B) opposed via the insulating layer (20) ,
The width (L CMB ) of the collection space (30) in the longitudinal direction of the element, which is the longitudinal direction of the particulate matter detection element, is the height (T CUT ) of the detection electrode layer (10A, 10B) in the thickness direction. A particulate matter detection element characterized by being formed shorter than the above.
略平板状に形成した上記検出電極層(10A、10B)と、
略平板状に形成した上記絶縁層(200A、200B)と、
上記捕集空間(30)を区画した捕集空間形成層(202)と、を積み重ねた積層構造である請求項1に記載の粒子状物質検出素子。 The detection unit (2)
The detection electrode layer (10A, 10B) formed in a substantially flat plate shape;
The insulating layer (200A, 200B) formed in a substantially flat plate shape;
2. The particulate matter detection element according to claim 1, wherein the particulate matter detection element has a stacked structure in which collection space forming layers (202) dividing the collection space (30) are stacked.
上記捕集空間(30)の素子長手方向の幅(LCMB)が3μm以上、50μm以下であり、
上記厚み方向における上記検出電極層(10A、10B)の高さ(T CUT )が100μm以上、2000μm以下である請求項1又は請求項2に記載の粒子状物質検出素子。 At least in the insulating layer (20), the thickness (T DE L ) in the direction (200A, 200B) covering the surfaces of the pair of detection electrode layers (10A, 10B) facing each other is 3 μm or more and 50 μm or less. With
The width (L CMB ) in the element longitudinal direction of the collection space (30) is 3 μm or more and 50 μm or less,
The particulate matter detection element according to claim 1 or 2 , wherein a height (T CUT ) of the detection electrode layer (10A, 10B) in the thickness direction is 100 µm or more and 2000 µm or less.
上記絶縁層(20)が、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、シリカ、セリアのいずれかから選択した絶縁性セラミックである請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の粒子状物質検出素子。 The electrode layer (10A, 10B) is a perovskite-based conductive ceramic selected from any one of MCrO 3 , MMnO 3 , and MCoO 3 (where M is either La or Gd),
The particulate matter detection element according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating layer (20) is an insulating ceramic selected from alumina, zirconia, magnesia, titania, silica, and ceria. .
少なくとも、導電性セラミック材料をシート状にした電極層シート(10G)を形成する電極層シート形成工程と、焼成によって焼失する焼失材料をシート状にした焼失層シート(30G)を形成する焼失層シート形成工程と、絶縁性セラミック材料をシート状にした絶縁性厚肉シート(200TKG)を形成する絶縁性厚肉シート形成工程と、上記絶縁性セラミック材料からなり上記絶縁性厚肉シート(200TKG)よりも薄い絶縁性薄肉シート(200TNG)を形成する絶縁性薄肉シート形成工程と、
上記電極層シート(10G)と、上記絶縁性厚肉シート(200TKG)とを重ね合わせて、所定形状の金型で同時に打ち抜くことにより、上記電極層シート(10G)内に所定形状に切り抜いた上記絶縁性厚肉シート(200TKG)を埋設させた埋設電極層シートを形成する電極層内絶縁層埋設工程と、
上記焼失層シート(30G)に、上記セラミック材料からなり所定形状に切り抜かれた絶縁膜を埋設させた埋設焼失層シートを形成する埋設焼失層シート形成工程と、
上記埋設電極層シートと、上記埋設焼失層シートと、上記絶縁性薄肉シート(200TNG)とを所定の積層パターンで重ね合わせて、少なくとも一対の電極層(A層、B層)と、これらを覆う絶縁層(I層)と、焼失層(V層)とが積層された積層構造の検出部積層体未焼成体(2G)を形成する積層工程と、
該積層工程によって得られた検出部積層体未焼成体(2G)を焼成して、上記検出電極層(10A、10B)、絶縁層(20)、捕集空間(30)とが一体の積層構造の検出部積層体(2)を形成する積層体焼成工程と、
該積層体焼成工程を経て、得られた検出部積層体(2)を、外部との接続を図る一対の検出リード部(50A、50B)を設けた略平板状の基板部(40)の所定位置に実装、固定する検出部実装工程とを具備することを特徴とする粒子状物質検出素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the particulate matter detection element according to any one of claims 1 to 4 ,
At least an electrode layer sheet forming step for forming an electrode layer sheet (10G) in the form of a conductive ceramic material, and a burned layer sheet for forming a burned layer sheet (30G) in the form of a burned material that is burned off by firing. A forming step, an insulating thick sheet forming step for forming an insulating thick sheet (200 TKG) in the form of a sheet of insulating ceramic material, and the insulating thick sheet (200 TKG) made of the insulating ceramic material. An insulating thin sheet forming step for forming a thin insulating thin sheet (200TNG);
The electrode layer sheet (10G) and the insulating thick sheet (200TKK) are overlapped and punched out simultaneously with a mold having a predetermined shape to cut out the electrode layer sheet (10G) into a predetermined shape. An insulating layer embedding step in the electrode layer for forming an embedded electrode layer sheet in which an insulating thick sheet (200 TKG) is embedded;
An embedded burned layer sheet forming step of forming an embedded burned layer sheet in which an insulating film made of the ceramic material and cut into a predetermined shape is embedded in the burned layer sheet (30G);
The embedded electrode layer sheet, the embedded burned layer sheet, and the insulating thin sheet (200TNG) are stacked in a predetermined laminated pattern to cover at least a pair of electrode layers (A layer, B layer). A laminating step for forming a non-fired body (2G) having a laminated structure in which an insulating layer (I layer) and a burned-out layer (V layer) are laminated;
The detection unit laminate green body (2G) obtained by the lamination step is fired, and the detection electrode layer (10A, 10B), the insulating layer (20), and the collection space (30) are integrated in a laminated structure. A laminate firing step for forming the detector laminate (2) of
Through the laminate baking step, resulting detector laminate (2), a predetermined pair of detection lead to achieve a connection with the external (50A, 50B) substantially flat substrate portion provided with (40) A method for producing a particulate matter detection element, comprising: a detection unit mounting step for mounting and fixing at a position.
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