WO2019039549A1 - センサ基板およびそれを備えるセンサ装置 - Google Patents

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WO2019039549A1
WO2019039549A1 PCT/JP2018/031169 JP2018031169W WO2019039549A1 WO 2019039549 A1 WO2019039549 A1 WO 2019039549A1 JP 2018031169 W JP2018031169 W JP 2018031169W WO 2019039549 A1 WO2019039549 A1 WO 2019039549A1
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WO
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electrode
negative electrode
positive electrode
sensor substrate
insulating substrate
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Application number
PCT/JP2018/031169
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English (en)
French (fr)
Inventor
木村　貴司
乙丸　秀和
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
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Priority to US16/641,274 priority patent/US20200182768A1/en
Priority to JP2019537680A priority patent/JP6923657B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0606—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance

Definitions

  • the present invention relates to a sensor substrate and a sensor device provided with the same.
  • a DPF Diesel Particulate Filter or the like is installed in order to collect particulate matter (Particulate Matter: PM) mainly composed of soot contained in exhaust gases of automobiles and the like.
  • Particulate matter detection apparatus provided with an insulating substrate made of a ceramic sintered body such as an aluminum oxide sintered body and a detection electrode located on the surface of the insulating substrate as a PM detection sensor for detecting an abnormality such as this DPF Is disclosed.
  • This device detects particulate matter based on a change in electrical characteristics caused by the adhesion of a detection object such as PM contained in exhaust gas between a pair of detection electrodes (e.g. See 2012-47596 and JP-A 2014-32063).
  • the PM detection sensor improvement in detection accuracy is required.
  • the area of the insulating substrate is increased to secure the space for the arrangement, and the miniaturization as a PM detection sensor is hindered.
  • a sensor substrate includes an insulating substrate, a detection electrode located on the surface of the insulating substrate and having a positive electrode and a negative electrode adjacent to each other, a positive electrode terminal and a negative electrode electrically connected to the positive electrode. And a connection terminal including an electrically connected negative electrode terminal.
  • the volume of the negative electrode is smaller than the volume of the positive electrode 2.
  • a sensor device includes the sensor substrate of the above configuration, and a DC power supply connected to the connection terminal.
  • (A) is a top view which shows the sensor substrate of 1st Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the AA of (a). It is a top view which shows the sensor substrate of 2nd Embodiment of this invention.
  • (A) is a top view which shows the sensor substrate of 3rd Embodiment of this invention,
  • (b) is sectional drawing in the BB line
  • FIG. 1 (a) is a top view showing a sensor substrate according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a).
  • the sensor substrate 10 is used, for example, in a sensor device for detecting particulate matter (PM) such as soot in exhaust gas of a diesel engine vehicle or gasoline engine vehicle (for example, disposed in an exhaust gas exhaust passage of an automobile).
  • the sensor substrate 10 is located on the surface of the insulating substrate 1, the insulating substrate 1 having the upper surface and the lower surface, the detection electrode K having the positive electrode 2 and the negative electrode 3 located on the surface of the insulating substrate 1.
  • the sensor substrate 10 has the heat generating portion 6 located inside the insulating substrate 1.
  • the detection electrodes K are located on both the upper and lower surfaces of the surface of the insulating substrate 1.
  • the insulating substrate 1 is, for example, a rectangular plate (thin rectangular parallelepiped), and is a base portion for providing the positive electrode 2 and the negative electrode 3 of the detection electrode K so as to be electrically insulated from each other.
  • the insulating substrate 1 is, for example, a ceramic sintered body such as an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a glass ceramic sintered body, or a zirconia-based ceramic (zirconium oxide sintered body). It is formed by The insulating substrate 1 is formed by laminating a plurality of insulating layers made of such a ceramic sintered body.
  • the insulating substrate 1 can be manufactured by, for example, the following method if it is formed by laminating a plurality of insulating layers made of an aluminum oxide sintered body. In the insulating substrate 1 manufactured as described below, the positions of the layers may not be clearly visible because the upper and lower insulating layers are sintered at the interface between the two.
  • raw powder such as silicon oxide (SiO2), magnesium oxide (MgO) and manganese oxide (Mn2O3) as a sintering aid is added to the powder of aluminum oxide (Al2O3), and a suitable binder, solvent and plasticizer are further added. Added.
  • these mixtures are kneaded to prepare a ceramic slurry.
  • the ceramic slurry is formed into a sheet by a doctor blade method, a calender roll method or the like to prepare a ceramic green sheet, and the ceramic green sheet is subjected to a suitable punching process and laminated as necessary. Baking at high temperature (about 1300 to 1600 ° C.).
  • the insulating substrate 1 can be manufactured by the above steps.
  • the detection electrode K has a positive electrode 2 and a negative electrode 3 located adjacent to each other.
  • the individual detection electrodes K including the positive electrode 2 and the negative electrode 3 may be simply referred to as electrodes without distinction.
  • the detection electrodes K located on the upper surface and the lower surface of the insulating substrate 1 may be collectively referred to as the detection electrodes K without particular distinction.
  • a decrease in electrical insulation between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 or a short circuit occurs via particulate matter such as soot adhering to the insulating substrate 1. .
  • the presence of soot or the like in the environment in which the sensor substrate 10 is disposed can be detected.
  • This electrical short or the like can be detected, for example, by an external detection circuit connected to the positive electrode 2 and the negative electrode 3.
  • the above environment is, for example, the exhaust gas of the above-described automobile.
  • Connection terminals T are disposed on the surface (upper and lower surfaces in the example of FIG. 1) of the insulating substrate 1.
  • the connection terminal T is electrically connected to the positive electrode 2 or the negative electrode 3 and has a function of giving a positive or negative potential to these electrodes. That is, the sensor substrate 10 of the present embodiment has the positive electrode terminal 4 electrically connected to the positive electrode 2.
  • the sensor substrate 10 also has a negative electrode terminal 5 electrically connected to the negative electrode 3.
  • the positive electrode terminal 4 and the negative electrode terminal 5 constitute the connection terminal T described above.
  • the detection electrode K including the positive electrode 2 and the negative electrode 3 and the connection terminal T including the positive electrode terminal 4 and the negative electrode terminal 5 are, for example, in an environment of high temperature (eg, several hundred to 1000 ° C.) such as exhaust gas of automobile It is formed of a metal material that does not oxidize as a whole. This makes it possible to detect particulate matter over a long period of time.
  • metal materials include, for example, easily passivable metal materials and metal materials such as platinum. Since platinum has physical properties excellent in oxidation resistance at high temperatures, there is little possibility that the whole will participate. In addition, a metal material that is likely to be passivated is less likely to be oxidized as a whole since the exposed surface is covered with a passivated film.
  • Examples of easily passivable metal materials include base metal-based materials containing at least one of iron, aluminum, nickel, titanium, chromium and silicon.
  • the metal material forming the detection electrode contains, for example, at least one of such base metal-based materials in a proportion of about 80% by mass or more. Since these base metal-based materials have no catalytic action on the decomposition of particulate matter, they are advantageous in reducing the possibility of erroneous decomposition of attached particulate matter and enhancing detection accuracy.
  • the detection electrode K may contain another metal material different from the above-mentioned base metal-based material.
  • the other metal material does not necessarily have to be a metal material that easily forms a passivation film, and may be, for example, tungsten or the like.
  • the detection electrode K and the connection terminal T are manufactured, for example, as follows. First, a powder of the above-mentioned base metal material is kneaded with an organic solvent and a binder to prepare a metal paste. Next, the metal paste is applied in a predetermined pattern on the main surface of the ceramic green sheet to be the insulating substrate 1 or the like. The application of the metal paste is performed, for example, by screen printing. Thereafter, the metal paste and the ceramic green sheet are co-fired.
  • the insulating substrate 1 in which the detection electrode K and the connection terminal T are disposed on the surface can be manufactured by the above steps.
  • connection terminal T is not necessarily used in a high temperature environment, and therefore, the connection film T is not necessarily required. Therefore, the connection terminal T may be appropriately selected in accordance with the type of use of the sensor substrate 10 or the like. For example, if the sensor substrate 10 is not used in a high temperature environment, the connection terminal T may be made of a metal material such as tungsten or molybdenum.
  • the size of the negative electrode 3 in a plan view is smaller than the size of the positive electrode 2 in a plan view.
  • the positive electrode 2 and the negative electrode 3 located adjacent to each other are both straight (line segments), and the line width of the negative electrode 3 is smaller (narrower) than the line width of the positive electrode 2.
  • the sensor substrate 10 according to the embodiment of the present invention only needs to have the volume of the negative electrode 3 smaller than the volume of the positive electrode 2, and is not limited to the size relationship of sizes in plan view as described above.
  • the negative electrode 3 and the positive electrode 2 may have the same area, and the thickness of the negative electrode 3 may be smaller than the thickness of the positive electrode 2.
  • the magnitude relationship between the configurations of both electrodes may be appropriately selected in relation to other components.
  • the volume (or the area, the thickness, and the like, the same applies hereinafter) of the negative electrode 3 is relatively small, downsizing is easy. Moreover, it is effective also to the improvement of the detection precision by the improvement of the arrangement
  • the volume (or the area and thickness, etc. The same applies hereinafter) of the positive electrode 2 is relatively large, the influence of wear of the positive electrode 2 can be reduced, and the electrode function caused by the migration from the positive electrode 2 to the negative electrode 3 The reduction can be reduced. That is, since an electric field exists between the positive and negative electrodes, when ion migration occurs, precipitation proceeds from the positive electrode to the negative electrode. At that time, even when defects such as air gaps occur in the positive electrode, the volume of the positive electrode is relatively large, so that the possibility of the electrode function being reduced can be reduced. Details of this will be described later.
  • the particulate matter which is a to-be-detected object is soot (carbon of fine powder), for example, and tends to be positively charged. Therefore, the particulate matter easily adheres to the negative electrode 3 and the vicinity thereof. Therefore, even if the size (line width and the like) of the negative electrode 3 is smaller than that of the positive electrode, adhesion of soot or the like on the detection electrode K can be effectively detected. At this time, since a positive potential is applied to suppress the wear of the positive electrode 3 which is likely to cause an oxidation reaction, the increase or disconnection of the conduction resistance of the detection electrode K is also effectively suppressed. Therefore, the sensor substrate 10 can be provided which is easy to miniaturize and improve the detection sensitivity.
  • both the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are comb-like electrodes. That is, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 respectively connect the linear electrode lines 2a and 3a arranged apart from each other in the line width direction and the end portions of the electrode lines 2a and 3a in a linear shape. And connecting lines 2b and 3b.
  • the line width of the electrode line 3 a of the negative electrode 3 is smaller than the line width of the electrode line 2 a of the positive electrode 2 adjacent to the electrode line 3 a of the negative electrode 3.
  • the connection lines 2b and 3b are not connected linearly between the end portions of the plurality of electrode lines 2a and 3a as described above, but adopt other connection configuration such as connecting in a zigzag, for example. be able to.
  • the detection electrode K is a comb-like electrode, it is possible to easily realize a structure in which the plurality of positive and negative electrode lines 2a and 3a are adjacent to each other at a narrow interval. Further, it is also easy to collectively apply a positive or negative potential to the plurality of electrode lines 2a and 3a.
  • the plurality of electrode lines 2a of the positive electrode 2 are electrically connected to the positive electrode terminal 4 by one connecting line 2b which linearly connects the respective end portions.
  • the plurality of electrode lines 3a of the negative electrode 3 are electrically connected to the negative electrode terminal 5 by one connecting line 3b connecting the respective end portions in a straight line.
  • the plurality of electrode lines 2a, 3a of the interdigital electrode are collectively electrically connected to these connection terminals T (4, 5) to be applied with a positive or negative potential.
  • the line width of the electrode line 2a of the positive electrode 2 is set to about 80 to 120 ⁇ m.
  • the line width of the electrode line 3a of the negative electrode 3 is set to about 40 to 60 ⁇ m. That is, the line width of the negative electrode 3 is set to about 50% of the line width of the positive electrode 2.
  • the outer dimensions of the insulating substrate 1 are, for example, a rectangular shape of about 60 ⁇ 4 mm in a plan view and a flat plate of about 600 to 1200 ⁇ m in thickness.
  • the regions where the detection electrodes K on the upper and lower surfaces are arranged are, for example, rectangular regions each having a side length of about 3.0 to 3.6 mm. If the spacing between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 (the distance between adjacent sides adjacent to each other) is set to about 40 to 100 ⁇ m, about 16 to 35 pairs of positive and negative electrode wires 2a and 3a are provided on the upper and lower surfaces of the insulating substrate 1 Can be placed respectively.
  • the number of pairs of electrodes is obtained by counting the positive electrode lines 2a and the negative electrode lines 3a adjacent to each other in FIG. 1 as one pair.
  • the first electrode pair D1 is configured by the negative electrode line 3a located on the rightmost side and the positive electrode line 2a adjacent to the left side thereof.
  • a second electrode pair D2 is formed by the positive electrode wire 2a constituting the electrode pair D1 and the negative electrode wire 3a adjacent to the left side thereof.
  • the positive or negative electrode lines 2a and 3a located in the middle of the arrangement are shared by two adjacent electrode pairs.
  • the number of electrode pairs is as follows. It is smaller than the sensor substrate 10 of the present embodiment. That is, assuming that the line width of the negative electrode is the same as the line width of the positive electrode in one example of this embodiment, and the dimensions of the other portions are the same as in one example of this embodiment, the maximum is about 14 to 29 pairs.
  • the pair of positive and negative electrode wires are disposed on the upper and lower surfaces of the insulating substrate, respectively. This is about 83 to 88% as compared with the sensor substrate 10 of the present embodiment.
  • the area of the insulating substrate 1 in plan view is opposite to the ratio of the number of pairs. Can be small (for example, about 83 to 89%).
  • the sensor substrate 10 of the present embodiment is effective for downsizing and improvement in detection accuracy.
  • the heat generating portion 6 is located inside the insulating substrate 1.
  • the heat generating portion 6 is heated to about 700 ° C., for example, by resistance heat generation, and has a function of decomposing and removing the particulate matter attached to the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 and the vicinity thereof.
  • the heating portion 6 is, for example, a linear conductor having a narrow line width for resistive heating and is a heater.
  • Heater terminals 7 electrically connected to the heat generating portion 6 are located on the upper and lower surfaces of the insulating substrate 1.
  • the heater terminal 7 is electrically connected to an external power supply, and current is supplied from the external power supply to the heat generating portion 6 through the heater terminal 7. Heat (resistance heat generation) is generated in the heat generating portion 6 by this current.
  • the external power supply is, for example, a DC power supply and is about 20V.
  • connection conductor (without a reference numeral) having a line width wider than that of the heat generating portion and a relatively small electric resistance is disposed.
  • the electrical resistance of the conductor of the heat generating portion 6 whose line width is smaller than that of the connection conductor becomes relatively large, and resistance heating is generated by the current supplied from the heater terminal 7.
  • the heat generating portion 6 is located inside on each of the upper surface side and the lower surface side of the insulating substrate 1. Therefore, the heat generated in the heat generating portion 6 is effectively conducted to the upper surface and the lower surface of the insulating substrate 1. Further, in this example, the heat generating portion 6 is located at the outer peripheral portion of the insulating substrate 1 in a plan view. Thus, the upper surface and the lower surface of the insulating substrate 1 can be efficiently heated including the outer peripheral portion where heat is easily dissipated to the outside. By the presence of such a heat generating portion 6, particulate matter such as soot attached to the detection electrode K and the vicinity thereof can be effectively heated and decomposed and removed. Therefore, it is possible to make the sensor substrate 10 easy to manufacture a highly practical sensor device that can minimize the time required for so-called regeneration as much as possible. Second Embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a sensor substrate 10 according to a second embodiment of the present invention. Parts in FIG. 2 similar to those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals.
  • the negative electrode 3 has an outer peripheral portion 3 c located along the outer periphery of the insulating substrate 1 in a plan view.
  • the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are positioned adjacent to each other on the inner side (inner side) than the outer peripheral portion 3c.
  • the positive electrode 2 and the negative electrode 3 adjacent to each other are both linear (segment-like), and are arranged in the line width direction. Further, the line width of the negative electrode 3 is narrower than the line width of the positive electrode 2. That is, the size of the negative electrode 3 in plan view is smaller than the size of the positive electrode 2 in plan view.
  • the line width of the negative electrode 3 is relatively narrow, the density of the arrangement of the detection electrodes K in the insulating substrate 1 can be effectively improved. Therefore, it is possible to provide the sensor substrate 10 effective for downsizing and improvement in detection accuracy.
  • the line width of the outer peripheral portion 3 c of the negative electrode 3 can be set to the same extent. Therefore, even if the outer peripheral portion 3 c is located on the upper surface or the lower surface of the insulating substrate 1, it is easy to keep the size of the insulating substrate 1 in a plan view small.
  • the line width of the positive electrode 2 is made relatively wide, it is effective in securing the electrode function of the detection electrode K constituted by the positive electrode 2 and the negative electrode 3 over a long period of time. That is, since an electric field exists in the positive and negative electrodes 2 and 3, ion migration may occur between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. When ion migration occurs, movement and deposition of the metal material from the positive electrode 2 to the negative electrode 3 proceed. At that time, even if a defect such as a void caused by the movement of the metal material occurs in the positive electrode 2, the area ratio (volume, thickness) of the positive electrode is relatively large. It can be kept relatively small.
  • the negative electrode 3 since the negative electrode 3 has the outer peripheral portion 3 c, particulate matter such as soot charged positively can be effectively drawn to the outer peripheral portion of the insulating substrate 1. That is, the sensor substrate 10 can be made effective for improving the adsorption efficiency of soot and the like in the environment where the sensor substrate 10 is disposed. Since the outer peripheral portion 3c is positioned on the outer peripheral portion of the upper surface of the insulating substrate 1 in a wide range surrounding the whole of the detection electrode K at the time of attraction and adsorption of soot and the like, the adsorption and the like are effectively performed.
  • the plurality of positive electrodes 2 are electrically connected to the positive electrode terminal 4 via connection lines 2 c located inside the insulating substrate 1.
  • Each of the plurality of positive electrodes 2 is electrically connected to the connection line 2c by a through conductor (not shown) or the like penetrating the insulating substrate 1 in the thickness direction from the positive electrode 2 to the connection line 2c.
  • the plurality of negative electrodes 3 are electrically connected to the negative electrode terminal 5 via the outer peripheral portion 3 c.
  • the both ends of each of the plurality of negative electrodes 3 are directly connected to the outer peripheral portion 3 c, and the plurality of negative electrodes 3 and the outer peripheral portion 3 c are electrically connected to each other.
  • the plurality of positive electrodes 2 and the plurality of negative electrodes 3 constituting the detection electrode K are collectively and electrically connected to one positive electrode terminal 4 or negative electrode terminal 5. Therefore, also in this example, application of potentials to the plurality of positive electrodes 2 and negative electrodes 3 is easy.
  • each negative electrode 3 is a frame-like thing which encloses the positive electrode 2 in planar view with a part of outer peripheral part 3, respectively.
  • the negative electrode 3 is a pattern surrounding the positive electrode 2, electricity between the negative electrode 3 and the positive electrode 2 of the negative electrode 3 through particulate matter such as soot preferentially adsorbed on the surface of the insulating substrate 1 around the negative electrode 3. Short circuit is likely to occur. That is, it is effective for the improvement of the detection accuracy (low concentration detection) of soot and the like in the environment.
  • connection of the end portion of each negative electrode 3 to the outer peripheral portion 3 c does not necessarily have to be both ends of the negative electrode 3. If any one end of the linear negative electrode 3 is connected to the outer peripheral portion 3 c, electrical connection between the negative electrode 3 and the negative electrode terminal 5 is possible via the outer peripheral portion 3 c. Thus, a potential effective for adsorbing soot and the like can be applied to each of the plurality of negative electrodes 3 from the negative electrode terminal 5.
  • the outer peripheral portion 3c, the through conductor, and the connection line 2c can be formed by the same method using the same metal material as the detection electrode K and the connection terminal T in the example shown in FIG.
  • the through conductor can be formed, for example, by a method in which a metal paste is filled in the through hole provided in advance in the ceramic green sheet to be the insulating substrate 1 and fired.
  • the through holes can be provided by mechanical punching or drilling such as laser processing.
  • a conductor portion which is not exposed to the high temperature environment, such as the through conductor and the connection line 2c may be formed using the same metal material as the connection terminal T.
  • the connection portion with the positive electrode 3 such as the upper end portion thereof is relatively close in distance from the positive electrode 3. Therefore, the end portion of the through conductor, such as the upper end portion, may be made of, for example, a metal material that easily forms a passivation film as in the detection electrode K.
  • FIG. 3 (a) is a plan view showing a sensor substrate 10 according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3 (a).
  • the same reference numerals as in FIG. 1 denote the same parts in FIG.
  • the detection electrode K is comprised by the positive electrode 2A and the negative electrode 3A which are columnar conductors, respectively.
  • the detection electrode K of the columnar conductor is, for example, a through conductor penetrating a part in the thickness direction from the upper surface of the insulating substrate 1.
  • the columnar conductor is, for example, a cylindrical shape, and the positive electrode 2A and the negative electrode 3A which are actually located in the environment and adsorb the soot and the like are circular. Further, as shown in FIG. 3, the diameter of each of the plurality of negative electrodes 3A is smaller than the diameter of each of the plurality of positive electrodes 2A.
  • the diameter of the negative electrode 3 is relatively small, the density of the arrangement of the detection electrodes K in the insulating substrate 1 can be effectively improved. Therefore, it is possible to provide the sensor substrate 10 effective for downsizing and improvement in detection accuracy. Further, since the diameter of the positive electrode is made relatively large, the possibility of the decrease in the electrode function of the detection electrode K can be effectively reduced as in the case of the above-mentioned comb-like electrode.
  • the diameter of the circular negative electrode 3A is, for example, about 50 to 80 ⁇ m, and the diameter of the circular positive electrode 2A is, for example, about 100 to 120 ⁇ m and about 1.5 to 2 times the diameter of the negative electrode 3A. It is a dimension.
  • the columnar positive electrode 2 and the negative electrode 3 are electrically connected to the connection terminal T via, for example, a circuit-like internal wiring (not shown) located inside the insulating substrate 1.
  • the internal wires connected to the plurality of positive electrodes 2A or negative electrodes 3A are electrically connected to the connection terminals T via the connection conductors 4a and 5a disposed on the upper surface of the insulating substrate 1 correspondingly to positive and negative respectively.
  • the connection conductors 4 a and 5 a are located from the portion adjacent to the region where the detection electrode K is disposed on the upper surface of the insulating substrate 1 to the connection terminal T.
  • the respective positive electrodes 2A and negative electrodes 3A occupy the upper surface of the insulating substrate 1 It is advantageous to keep the area small. Therefore, it is easy to increase the number of electrode pairs of the positive electrode 2A and the negative electrode 3A adjacent to each other or to reduce the area in which the electrode pairs are arranged. Therefore, it is possible to make the sensor substrate 10 advantageous for effective miniaturization and improvement in detection accuracy.
  • the sensor device 20 is basically configured by the sensor substrate 1 configured as described above and the DC power supply P connected to the connection terminal T.
  • this DC power supply P is schematically shown by a circuit symbol.
  • the connection terminal T of the sensor substrate 10 and the power supply terminal of the DC power supply P are electrically connected to each other by the lead terminal 8.
  • the lead terminal 8 connected to the positive electrode terminal 4 is connected to the positive power supply terminal, and the lead terminal 8 connected to the negative electrode terminal 5 is connected to the negative power supply terminal.
  • the lead terminal 8 does not directly participate in the detection of particulate matter such as soot. Therefore, the material for forming the lead terminal 8 may be appropriately selected according to the conditions of the environment in which it is used, the productivity as the sensor substrate 10, the economy, and the like. For example, if the lead terminal 8 is made of a metal material having excellent oxidation resistance such as platinum or gold, it is advantageous in terms of improving the reliability as the sensor device 10. Further, the lead terminal 8 may be formed of an iron-based alloy such as an iron-nickel-cobalt alloy, copper, or the like, in consideration of economy and the like. When the lead terminal 8 is made of an iron-based alloy or the like, the exposed surface may be protected by a plating layer (not shown) such as a gold plating layer.
  • a plating layer not shown
  • Bonding of the lead terminal 8 to the connection terminal T is performed, for example, by a brazing material (without a reference numeral) such as silver brazing (silver-copper brazing material) or gold brazing.
  • a brazing material such as silver brazing (silver-copper brazing material) or gold brazing.
  • the material of the brazing material is appropriately selected according to various conditions when the sensor substrate 10 and the sensor device 20 are manufactured or used.
  • detection of the decrease in the electrical insulation between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 or the occurrence of an electrical short, that is, the adhesion of soot or the like is made by connecting a detector such as a tester between the positive and negative lead terminals 8. You can do it by doing it.
  • a detector such as a tester between the positive and negative lead terminals 8.
  • an ammeter is used as a detector. The ammeter is connected such that current flows when an electrical short occurs between the positive electrode 2 and the negative electrode 3.
  • the DC power supply P and the ammeter may be sequentially connected in series between the positive and negative lead terminals 8.
  • the sensor device as with the sensor substrate according to the above-described embodiment, it is effective for downsizing and improvement of detection accuracy.
  • the detection electrode K may have different shapes and shapes of the detection electrode K between the upper surface side and the lower surface side of the insulating substrate 1 such as the positive and negative adjacent intervals.
  • the detection electrode K is located on the surface other than the upper surface and the lower surface of the insulating substrate 1, for example, the side surface (end surface) along the side or short side along the long side in plan view of the rectangular insulating substrate. It is also good.
  • the circular positive (pillar conductor) positive electrode and the negative electrode may be disposed in the outer peripheral portion 3.
  • particulate matter such as soot in the environment can be effectively attracted by the outer peripheral portion 3c, and the soot and the like are effectively insulated by the positive electrode and the negative electrode arranged at a relatively high density. It can be attached to the surface of 1.
  • the adjacent intervals of the plurality of positive electrodes 2 and the plurality of negative electrodes 3 may be different from each other. In this case, it is possible to quickly detect adhesion of soot or the like in a portion where the adjacent spacing is relatively small, and to detect new adhesion such as soot over a longer period in a portion where the adjacent spacing is relatively large. it can.
  • the circular positive electrode 2A and the negative electrode 3A are not limited to the lattice arrangement as in the example of FIG. 3, but adjacent ones are arranged in an oblique direction (so-called oblique lattice arrangement). It may be. In this case, it is advantageous to reduce the adjacent distance between the positive electrode 2A and the negative electrode 3A adjacent to each other.

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Abstract

本発明の実施形態に係るセンサ基板10は、絶縁基板１と、絶縁基板１の表面に位置しており、互いに隣り合う正極２および負極３を有する検知電極Ｋと、正極２と電気的に接続された正極端子４および負極３と電気的に接続された負極端子５を含む接続端子Ｔとを備えており、負極３の体積が正極２の体積よりも小さい。

Description

センサ基板およびそれを備えるセンサ装置
　本発明は、センサ基板およびそれを備えるセンサ装置に関する。
　自動車等の排気ガスに含まれるすすを主成分とする粒子状物質（Particulate Matter:ＰＭ）を補集するためにＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等が設置されている。このＤＰＦ等の異常を検出するためのＰＭ検出センサとして、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる絶縁基板と、絶縁基板の表面に位置する検知電極等を備える粒子状物質検出装置が開示されている。この装置は、排気ガス中に含有されるＰＭ等の被検知物が一対の検知電極間に付着することで生じる電気的特性の変化に基づいて粒子状物質を検出している（例えば、特開2012－47596号公報、特開2014－32063号公報を参照）。
　上記ＰＭ検出センサにおいては、検知精度の向上が求められている。検知精度の向上のためには、例えば、検知電極の対の数をより多くすることが考えられる。しかしながら、検知電極の対の数を多くすると、その配置のスペース確保のため絶縁基板の面積が大きくなり、ＰＭ検出センサとしての小型化が妨げられる。
　本発明の実施形態に係るセンサ基板は、絶縁基板と、絶縁基板の表面に位置しており、互いに隣り合う正極および負極を有する検知電極と、正極と電気的に接続された正極端子および負極と電気的に接続された負極端子を含む接続端子とを備えている。また、負極の体積が正極２の体積よりも小さい。
　本発明の実施形態に係るセンサ装置は、上記構成のセンサ基板と、前記接続端子に接続された直流電源とを備える。
（ａ）は、本発明の第１実施形態のセンサ基板を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線における断面図である。 本発明の第２実施形態のセンサ基板を示す平面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態のセンサ基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図である。 本発明の実施形態のセンサ装置を示す断面図である。
　本発明の実施形態のセンサ基板およびセンサ装置について、添付の図面を参照して説明する。以下の説明において、上面等のように上下を区別して記載しているが、これは便宜的なものであり、実際にセンサ基板等が使用される際の上下を限定するものではない。
＜センサ基板＞
＜第１実施形態＞
　図１（ａ）は、本発明の第１実施形態のセンサ基板を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ線における断面図である。
　センサ基板10は、例えばディーゼルエンジン車またはガソリンエンジン車の排気ガス中の煤等の粒子状物質（Particulate Matter:ＰＭ）を検知するセンサ装置に用いられる（例えば、自動車の排気ガスの排気通路に配設される）ものである。このセンサ基板10は、上面および下面を有する絶縁基板１と、この絶縁基板１の表面に位置する正極２および負極3を有する検知電極Ｋと、絶縁基板１の表面に位置しており、正極２と電気的に接続された正極端子４および負極３と電気的に接続された負極端子５を含む接続端子Ｔとを有している。また、本実施形態では、センサ基板10は、絶縁基板１の内部に位置する発熱部６を有している。検知電極Ｋは、絶縁基板１の表面のうち上面および下面の両方に位置している。
　絶縁基板１は、例えば長方形の板状（薄い直方体状）であり、検知電極Ｋの正極２および負極３を互いに電気的に絶縁させて設けるための基体部分である。この絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック焼結体またはジルコニア系セラミック（酸化ジルコニウム質焼結体）等のセラミック焼結体によって形成されている。絶縁基板１は、このようなセラミック焼結体からなる複数の絶縁層が積層されている。
　絶縁基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる複数の絶縁層が積層されて形成されている場合であれば、以下の方法で製作することができる。なお、以下のように製作された絶縁基板１では、上下に位置し合う絶縁層同士が両者の界面部分で焼結し合うことで、層間の位置を明確には視認できない場合がある。
　まず、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の粉末に焼結助材として酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）等の原料粉末を添加し、さらに適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加する。次に、これらの混合物を混錬してセラミックスラリーを作製する。その後、このセラミックスラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製し、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、高温（約1300～1600℃）で焼成する。以上の工程によって、絶縁基板１を製作することができる。
　検知電極Ｋは、互いに隣り合って位置する正極２および負極３を有している。なお、以下の説明において、簡単のため、正極２および負極３を含む検知電極Ｋの個々を特に区別せず、単に電極という場合がある。また、絶縁基板１の上面および下面にそれぞれ位置している検知電極Ｋは、特に区別せず、まとめて検知電極Ｋという場合がある。
　センサ基板10のうち検知電極Ｋが位置している部分において、絶縁基板１に付着するすす等の粒子状物質を介した正極２と負極３との電気的な絶縁性の低下または短絡等が生じる。これによって、センサ基板10が配置された環境におけるすす等の存在を検知することができる。この電気的な短絡等は、例えば正極２と負極３とに接続された外部の検知回路によって検知することができる。なお、上記の環境は、例えば前述した自動車の排気ガス等である。
　絶縁基板１の表面（図１の例では上面および下面）には接続端子Ｔが配置されている。接続端子Ｔは、正極２または負極３と電気的に接続され、これらの電極に正または負の電位を与える機能を有している。すなわち、本実施形態のセンサ基板10は、正極２と電気的に接続された正極端子４を有している。また、このセンサ基板10は、負極３と電気的に接続された負極端子５を有している。正極端子４および負極端子５が、上記の接続端子Ｔを構成している。
　正極２および負極３を含む検知電極Ｋ、ならびに正極端子４および負極端子５を含む接続端子Ｔは、例えば自動車の排気ガス等の高温（例えば数百～1000℃程度）の気流等の環境において、その全体が酸化するようなことがない金属材料で形成されている。これによって、長期間にわたる粒子状物質の検知ができるようになっている。このような金属材料としては、例えば、不動態化しやすい金属材料および白金等の金属材料が挙げられる。白金は、高温における耐酸化性に優れる物性を有しているため、その全体が参加するような可能性が小さい。また、不動態化しやすい金属材料は、露出する表面が不動態膜で覆われるため、その全体が酸化するような可能性が小さい。
　不動態化しやすい金属材料としては、例えば、鉄、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロムおよびケイ素の少なくとも一種を含む卑金属系材料が挙げられる。検知電極を形成している金属材料は、例えばこのような卑金属系材料の少なくとも一種を約80質量％以上の割合で含有している。これらの卑金属系材料は粒子状物質の分解に対して触媒作用がないため、付着した粒子状物質が誤って分解される可能性を低減して、検知精度を高める上では有利である。また、検知電極Ｋは、上記卑金属系材料とは異なる他の金属材料を含有していても構わない。他の金属材料は、必ずしも不動態膜を形成しやすい金属材料である必要はなく、例えばタングステン等であってもよい。
　検知電極Ｋおよび接続端子Ｔは、例えば次のようにして製作されている。まず、上記の卑金属系材料の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して金属ペーストを作製する。次に、この金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの主面等に所定パターンで塗布する。金属ペーストの塗布は、例えばスクリーン印刷法によって行なう。その後、これらの金属ペーストとセラミックグリーンシートとを同時焼成する。以上の工程によって検知電極Ｋおよび接続端子Ｔが表面に配置された絶縁基板１を製作することができる。
　なお、接続端子Ｔについては、高温の環境下で用いられるものとは限らないため、必ずしも不動態膜が必要なものとは限らない。そのため、接続端子Ｔは、センサ基板10の使用される形態等に応じて、適宜材料を選択すればよい。例えば、センサ基板10が高温環境下で用いられるものでなければ、接続端子Ｔは、タングステンまたはモリブデン等の金属材料からなるものでも構わない。
　本実施形態のセンサ基板10において、負極３の平面視における大きさが、正極２の平面視における大きさよりも小さい。図１に示す例では、互いに隣り合って位置する正極２および負極３はいずれも直線（線分）状であり、負極３の線幅が正極２の線幅よりも小さい（狭い）。ここで、本発明の実施形態に係るセンサ基板１０は、負極３の体積が正極２の体積よりも小さければよく、上述のような平面視における大きさの大小関係に限定されるものではなく、例えば負極３および正極２が面積同一で負極３の厚みが正極２の厚みよりも小さくしてもよい。両電極の構成の大小関係については、他の構成要素との関係で適宜選択すればよい。
　このような本実施形態に係るセンサ基板10によれば、負極３の体積（あるいは、面積および厚みなど。以下同じ。）が比較的小さいため、小型化が容易である。また、検知電極Ｋの配置密度の向上による検知精度の向上に対しても有効である。また、正極２の体積（あるいは、面積および厚みなど。以下同じ。）が比較的大きいため、正極２の損耗による影響低減することができ、正極２から負極３へのマイグレーションに起因した電極機能の低下を低減することができる。すなわち、正負極間に電界が存在するため、イオンマイグレーションが発生した場合、正極から負極へと析出が進行する。そのとき、正極に空隙等の欠陥が生じた場合でも、正極の体積が比較的大きいため、電極機能が低下する可能性を低減できる。この詳細については後述する。
　なお、被検知物である粒子状物質は、例えばすす（微粉のカーボン）であり、正に帯電しやすい。そのため、粒子状物質は負極３およびその付近に付着しやすい。したがって、負極３の大きさ（線幅等）を正極に比べて小さくしたとしても、検知電極Ｋにおけるすす等の付着を有効に検知することができる。このときに、正の電位が付与されて酸化反応が生じやすい正極３の損耗が抑制されているので、検知電極Ｋの導通抵抗の増加または断線も効果的に抑制される。したがって、小型化および検知感度の向上が容易なセンサ基板10を提供することができる。
　なお、図１に示す例においては、正極２および負極３ともにくし歯状電極である。すなわち、正極２および負極３が、それぞれ、線幅方向に互いに離れ合って配列された直線状の複数の電極線２ａ、３ａと、複数の電極線２ａ、３ａの端部間を直線状に連結している連結線２ｂ、３ｂとを有している。負極３の電極線３ａの線幅が、その負極３の電極線３ａに隣り合う正極２の電極線２ａの線幅よりも小さい。なお、連結線２ｂ、３ｂは、上述のように複数の電極線２ａ、３ａの端部間を直線状に連結しているのに代えて、例えばジグザグに連結するなど他の連結構成を採用することができる。
　検知電極Ｋについて、くし歯状電極であることにより、正負の複数の電極線２ａ、３ａが狭い間隔で互いに隣り合う構造を容易に実現できる。また、複数の電極線２ａ、３ａにまとめて正または負の電位を与えることも容易である。この場合、正極２の複数の電極線２ａは、それぞれの端部間を直線状に連結している１つの連結線２ｂによって正極端子４と電気的に接続されている。また、負極３の複数の電極線３ａは、それぞれの端部間を直線状に連結している１つの連結線３ｂによって負極端子５と電気的に接続されている。くし歯状電極の複数の電極線２ａ、３ａは、これらの接続端子Ｔ（４、５）とまとめて電気的に接続されて、正または負の電位が与えられる。
　くし歯状電極であるときの検知電極Ｋは、例えば、正極２の電極線２ａの線幅が約80～120μｍに設定される。これに対して、負極３の電極線３ａの線幅は、約４０～６０μｍに設定される。すなわち、正極２の線幅に対して負極３の線幅が約50％程度に設定される。このときに、絶縁基板１の外形寸法は、例えば平面視で約60×４ｍｍの四角形状で厚みが約600～1200μｍの平板状である。このうち上面および下面の検知電極Ｋが配置される領域は、例えば、例えば１辺の長さが約3.0～3.6ｍｍ程度の矩形状の領域である。正極２と負極３との隣接間隔（互いに隣り合う外辺間の距離）を約40～100μｍに設定すれば、約16～35対の正負の電極線２ａ、３ａを絶縁基板１の上面および下面にそれぞれ配置することができる。
　なお、上記電極の対の数は、図１において互いに隣り合う正の電極線２ａと負の電極線３ａとを１対としてカウントしたものである。例えば、図１（ａ）に示す例では、最も右側に位置する負の電極線３ａとその左側に隣り合っている正の電極線２ａとで第１の電極対Ｄ１が構成されている。また、電極対Ｄ１を構成している正の電極線２ａと、その左側に隣り合っている負の電極線３ａとで第２の電極対Ｄ２が構成されている。このように、配列の途中に位置する正または負の電極線２ａ、３ａは、互いに隣り合う２つの電極対に兼用されている。
　このような本実施形態のセンサ基板10に対して、負極の大きさが正極の大きさと同じである従来技術のセンサ基板（図示せず）であれば、次のように電極の対の数が本実施形態のセンサ基板10よりも少ない。すなわち、負極の線幅が本実施形態の一例における正極の線幅と同じであり、それ以外の各部位の寸法が本実施形態の一例と同じであるとすると、最大で、約14～29対の正負の電極線の対を絶縁基板上面および下面それぞれに配置される。これは、本実施形態のセンサ基板10に比べて約83～88％程度である。また、仮に電極の対の数が本実施形態のセンサ基板10と比較例のセンサ基板とで互いに同じであるとすると、上記の対の数の比率の逆に、絶縁基板１の平面視における面積を小さく（例えば約83～89％程度に）抑えることができる。このように、本実施形態のセンサ基板10は、小型化および検知精度の向上に対して有効である。
　本実施形態のセンサ基板10において、絶縁基板１の内部に発熱部６が位置している。発熱部６は、例えば抵抗発熱によって約700℃に加熱され、第１検知電極２および第２検知電極３およびその付近に付着した粒子状物質を分解除去する機能を有する。
　発熱部６は、例えば抵抗発熱する線幅が狭い線状導体であり、ヒーターである。絶縁基板１の上面および下面には、発熱部６と電気的に接続されたヒーター端子７が位置している。ヒーター端子７が外部の電源と電気的に接続され、外部の電源からヒーター端子７を介して発熱部６に電流が通電される。この電流によって発熱部６で熱（抵抗発熱）が生じる。外部の電源は、例えば直流電源であり、20Ｖ程度である。
　図１に示す例では、ヒーター端子７から発熱部６にかけて、線幅が発熱部の線幅よりも広く、電気抵抗が比較的小さい接続導体（符号なし）が配置されている。接続導体に比べて線幅が小さい発熱部６の導体において電気抵抗が比較的大きくなり、ヒーター端子７から供給される電流によって抵抗発熱が生じる。
　図１に示す例では、絶縁基板１の上面側および下面側のそれぞれにおいて内部に発熱部６が位置している。そのため、発熱部６で生じた熱が絶縁基板１の上面および下面に効果的に伝導される。また、この例において、発熱部６は、平面視において絶縁基板１の外周部に位置している。これにより、外部に熱が逃げやすい外周部を含めて、効率よく絶縁基板１の上面および下面を加熱することができる。このような発熱部６の存在によって、検知電極Ｋおよびその付近に付着したすす等の粒子状物質を効果的に加熱して、分解除去することができる。したがって、いわゆる再生に要する時間を極力短く抑えることができる、実用性の高いセンサ装置の製作が容易なセンサ基板10とすることができる。
＜第２実施形態＞
　図２は、本発明の第２実施形態のセンサ基板10を示す断面図である。図２において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図２に示す例においては、負極３が、平面視において、絶縁基板１の外周に沿って位置する外周部３ｃを有している。また、この外周部３ｃよりも内側（内方）において、正極２と負極３とが互いに隣り合って位置している。互いに隣り合っている正極２および負極３は、ともに直線状（線分状）であり、線幅方向に並んでいる。また、負極３の線幅が、正極２の線幅よりも狭い。すなわち、負極３の平面視における大きさが、正極２の平面視における大きさよりも小さい。
　この場合にも、負極３の線幅を比較的狭くしているので、絶縁基板１において検知電極Ｋの配置の密度を効果的に向上させることができる。したがって、小型化および検知精度の向上に対して有効なセンサ基板10を提供することができる。なお、負極３の外周部３ｃの線幅と同じ程度に設定することができる。そのため、外周部３ｃが絶縁基板１の上面または下面に位置していたとしても、絶縁基板１の平面視における大きさを小さく抑えることは容易である。
　また、正極２の線幅を比較的広くしているので、正極２と負極３とで構成される検知電極Ｋの電極機能を長期にわたって確保する上で有効である。すなわち、正負の電極２、３に電界が存在するため、正極２と負極３との間でイオンマグレーションが発生する可能性がある。イオンマイグレーションが発生した場合、正極２から負極３へと金属材料の移動、析出が進行する。そのとき、仮に正極２に、金属材料の移動に起因した空隙等の欠陥が生じたとしても、正極の面積（体積、厚み）が比較的大きいため、その欠陥が正極２に占める体積の割合は比較的小さく抑えられる。そのため、正極２の機能の低下を抑制することができ、検知電極Ｋにおける電極機能、すなわち粒子状物質の付着に起因した正負極２、３間の電気的短絡の検知等の機能が低下する可能性を低減できる。
　また、この場合には、負極３が外周部３ｃを有しているため、絶縁基板１の外周部に、正に帯電したすす等の粒子状物質を効果的に引き寄せることができる。すなわち、センサ基板10が配置された環境におけるすす等の吸着の効率向上に対して有効なセンサ基板10とすることができる。このすす等の引き寄せおよび吸着に際して、外周部３ｃが検知電極Ｋの全体を囲む広い範囲で絶縁基板１の上面の外周部に位置しているため、上記吸着等が効果的に行なわれる。
　図２に示す例において、複数の正極２は、絶縁基板１の内部に位置する接続線２ｃを介して正極端子４と電気的に接続されている。複数の正極２のそれぞれは、正極２から接続線２ｃにかけて絶縁基板１を厚み方向に貫通している貫通導体（図示せず）等によって接続線２ｃと電気的に接続されている。また、複数の負極３は、外周部３ｃを介して負極端子５と電気的に接続されている。複数の負極３のそれぞれの両端が外周部３ｃと直接に接続されて、複数の負極３と外周部３ｃとが互いに電気的に接続されている。すなわち、検知電極Ｋを構成しているそれぞれ複数の正極２および負極３が、１つの正極端子４または負極端子５にまとめて電気的に接続されている。そのため、この例においても、複数の正極２および負極３に対する電位の付与が容易である。
　なお、図２に示す例では、複数の負極３のそれぞれの両端が外周部３ｃと直接に接続されている。つまり、個々の負極３は、外周部３の一部とともに、それぞれに正極２を平面視で囲む枠状のものである。このように負極３が正極２を囲むパターンであることによって、負極３およびその周辺の絶縁基板１表面に優先的に吸着するすす等の粒子状物質を介した、負極３の正極２との電気的な短絡が生じやすくなる。つまり、環境中のすす等の検知精度（低濃度検知）の向上に対して有効である。
　ただし、外周部３ｃに対する個々の負極３の端部の接続は、必ずしも、負極３の両端である必要はない。直線状の負極３のいずれか１つの端部が外周部３ｃと接続されていれば、外周部３ｃを介した負極３と負極端子５との電気的な接続は可能である。これによって、複数の負極３のそれぞれに、すす等の吸着に有効な電位を負極端子５から与えることができる。
　外周部３ｃ、貫通導体および接続線２ｃは、図１に示す例における検知電極Ｋおよび接続端子Ｔと同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。貫通導体は、例えば、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートにあらかじめ設けておいた貫通孔内に金属ペーストを充填して焼成する方法で形成することができる。貫通孔は、機械的な打ち抜き加工またはレーザ加工等の孔あけ加工で設けることができる。この場合、貫通導体および接続線２ｃ等の、高温環境には露出しない導体部分については、接続端子Ｔと同様の金属材料を用いて形成してもよい。ただし、貫通導体については、その上端部分等の正極３との接続部分は正極３からの距離が比較的近い。そのため、貫通導体のうち上端部分等の端部は、例えば検知電極Ｋと同様に不動態膜を形成しやすい金属材料からなるものとしてもよい。
＜第３実施形態＞
　図３（ａ）は本発明の第３実施形態のセンサ基板10を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図３に示す例において、検知電極Ｋは、それぞれ柱状導体である正極２Ａおよび負極３Ａによって構成されている。柱状導体の検知電極Ｋは、例えば、絶縁基板１の上面から厚み方向の一部を貫通している貫通導体である。柱状導体は例えば円柱状であり、実際に環境中に位置してすす等が吸着される正極２Ａおよび負極３Ａは、円形状である。また、図３に示すように、複数の負極３Ａのそれぞれの直径が、複数の正極２Ａのそれぞれの直径よりも小さい。
　この例においても、負極３の直径を比較的小さくしているので、絶縁基板１において検知電極Ｋの配置の密度を効果的に向上させることができる。したがって、小型化および検知精度の向上に対して有効なセンサ基板10を提供することができる。また、正極の直径を比較的大きくしているので、上記のくし歯状電極の場合と同様に、検知電極Ｋの電極機能の低下の可能性を効果的に低減することができる。
　なお、円形状の負極３Ａの直径は、例えば約50～80μｍであり、円形状の正極２Ａの直径は、例えば約100～120μｍの範囲であるとともに負極３Ａに対して約1.5～２倍程度の寸法である。
　それぞれ柱状である正極２および負極３は、例えば、絶縁基板１の内部に位置する回路状の内部配線（図示せず）を介して接続端子Ｔと電気的に接続されている。この場合複数の正極２Ａまたは負極３Ａと接続された内部配線は、正負それぞれ対応して絶縁基板１の上面に配置された接続用の導体４ａ、５ａを介して接続端子Ｔと電気的に接続されている。接続用の導体４ａ、５ａは、絶縁基板１の上面の検知電極Ｋが配置された領域に隣接する部分から接続端子Ｔにかけて位置している。
　図３に示す例のように、検知電極Ｋを構成している複数の正極２Ａおよび負極３Ａが平面視で円形状であるときには、絶縁基板１の上面において個々の正極２Ａおよび負極３Ａそれぞれの占める面積を小さく抑える上で有利である。そのため、互いに隣り合う正極２Ａと負極３Ａとの電極対の数を多くすること、または電極対の配置されている面積を小さく抑えること等が容易である。したがって、効果的な小型化および検知精度の向上に対して有利なセンサ基板10とすることができる。
＜センサ装置＞
　前述したように、上記構成のセンサ基板１と、接続端子Ｔに接続された直流電源Ｐとによって、本発明の実施形態のセンサ装置20が基本的に構成されている。図４では、この直流電源Ｐを回路記号によって模式的に示している。図４に示す例において、センサ基板10の接続端子Ｔと直流電源Ｐの電源端子とはリード端子８によって互いに電気的に接続されている。正極端子４に接続されたリード端子８が正の電源端子と接続され、負極端子５に接続されたリード端子８が負の電源端子と接続される。
　リード端子８は、すす等の粒子状物質の検知に直接関与しない。そのため、リード端子８を形成する材料は、その用いられる環境、センサ基板10としての生産性および経済性等の条件に応じて、適宜選択してもよい。例えば、リード端子８が白金または金等の耐酸化性に優れた金属材料からなるものであれば、センサ装置10としての信頼性向上の点で有利である。また、リード端子８は、経済性等を重視して、鉄－ニッケル－コバルト合金等の鉄系合金、または銅等からなるもので形成してもよい。また、リード端子８が鉄系合金等からなるときに、その露出する表面が金めっき層等のめっき層（図示せず）で保護されていてもよい。
　リード端子８の接続端子Ｔに対する接合は、例えば、銀ろう（銀銅ろう材）または金ろう等のろう材（符号なし）によって行なわれる。ろう材についても、リード端子８と同様に、センサ基板10およびセンサ装置20が製造または使用されるときの種々の条件に応じて、適宜その材料が選択される。
　センサ装置20において、正極２と負極３との電気絶縁性の低下または電気的な短絡の発生、すなわちすす等の付着の検知は、正負一対のリード端子８の間にテスタ等の検知器を接続しておくことで、行なうことができる。この場合、例えば検知器として電流計を用いる。電流計は、正極２と負極３との間で電気的な短絡が生じたときに電流が流れるように接続される。例えば、正負一対のリード端子８の間に、直流電源Ｐおよび電流計を順次直列に接続すればよい。
　本発明の実施形態に係るセンサ装置によれば、上述の実施形態に係るセンサ基板と同様、小型化および検知精度の向上に対して有効である。
　なお、本発明は上述の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変形は可能である。
　例えば、検知電極Ｋは、絶縁基板１の上面側と下面側とで検知電極Ｋの形状および正負の隣接間隔等の配置形態を異ならせるようにしてもよい。また、検知電極Ｋは、絶縁基板１の上面および下面以外の表面、例えば、直方体状の絶縁基板の平面視における長辺に沿った側面または短辺に沿った側面（端面）に位置していてもよい。
　また、負極３が外周部３ｃを有する構成において、外周部３内に円形状（柱状導体）である正極および負極を配置するようにしてもよい。この場合には、環境中のすす等の粒子状物質を外周部３ｃで効果的に引き寄せることができるとともに、そのすす等を、比較的高い密度で配置された正極および負極によって効果的に絶縁基板１の表面に付着させることができる。
　また、複数の正極２と複数の負極３とのそれぞれの隣接間隔は、互いに異なるものであってもよい。この場合には、隣接間隔が比較的小さい部分ですす等の付着を速やかに検知することができるとともに、隣接間隔が比較的大きい部分で、より長期にわたってすす等の新たな付着を検知することができる。
　また、円形状の正極２Ａおよび負極３Ａは、図３の例のような格子状の配列には限定されず、互いに隣り合うもの同士で斜め方向にずれた配置（いわゆる斜め格子状の配列）であってもよい。この場合には、互いに隣り合う正極２Ａおよび負極３Ａ間の隣接間隔を小さくする上で有利である。
１・・絶縁基板
２・・正極
２Ａ・・正極（他の例）
２ａ・・電極線
２ｂ・・連結線
２ｃ・・接続線
３・・負極
３Ａ・・負極（他の例）
３ａ・・電極線
３ｂ・・連結線
３ｃ・・外周部
４・・正極端子
５・・負極端子
６・・発熱部
７・・ヒーター端子
８・・リード端子
10・・センサ基板
11・・リード端子
20・・センサ装置
Ｋ・・検知電極
Ｔ・・接続端子
Ｐ・・直流電源
Ｄ１、Ｄ２・・電極対
 

Claims (11)

  1. 　絶縁基板と、
    　前記絶縁基板の表面に位置しており、互いに隣り合う正極および負極を有する検知電極と、
    　前記正極と電気的に接続された正極端子および前記負極と電気的に接続された負極端子を含む接続端子と、を備えており、
    　前記負極の体積が、前記正極の体積よりも小さい、センサ基板。
  2. 　平面視において、前記負極は、前記正極よりも小さい、請求項１に記載のセンサ基板。
  3. 　前記負極の厚みは、前記正極の厚みよりも小さい、請求項１または２に記載のセンサ基板。
  4. 　前記正極および負極が、それぞれ、線幅方向に互いに離れ合って配列された直線状の複数の電極線を有しており、
    　前記負極の電極線の線幅が、前記負極の電極線に隣り合う前記正極の電極線の線幅よりも小さい、請求項１～３のいずれかに記載のセンサ基板。
  5. 　前記正極および負極が、それぞれ、前記複数の電極線の端部間を直線状に連結している連結線をさらに有している、請求項４に記載のセンサ基板。
  6. 　前記複数の電極線は、それぞれ、断続的に位置している複数の導体を有し、前記複数の導体は互いに電気的に接続している、請求項４または５に記載のセンサ基板。
  7. 　前記負極が、平面視において、前記絶縁基板の外周に沿って位置する外周部を有しており、前記外周部よりも内方において、前記正極と前記負極とが互いに隣り合って位置している請求項１～６のいずれかに記載のセンサ基板。
  8. 　前記絶縁基板は、発熱部を有する、請求項１～７のいずれかに記載のセンサ基板。
  9. 　前記絶縁基板は、前記発熱部に電気的に接続されたヒーター端子をさらに有する、請求項８に記載のセンサ基板。
  10. 　前記ヒーター端子は、前記絶縁基板の表面であって前記検知電極の近辺に位置している、請求項９に記載のセンサ基板。
  11. 　請求項１～１０のいずれかに記載のセンサ基板と、
    　前記接続端子に接続された直流電源と、を備えるセンサ装置。
     
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008117853A1 (ja) * 2007-03-27 2008-10-02 Ngk Insulators, Ltd. 微粒子センサ
JP2012047596A (ja) 2010-08-26 2012-03-08 Ngk Insulators Ltd 粒子状物質検出装置
JP2014032063A (ja) 2012-08-02 2014-02-20 Nippon Soken Inc 粒子状物質検出素子の製造方法、並びに、粒子状物質検出センサ
CN104614401A (zh) * 2013-11-05 2015-05-13 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 气体传感器及其形成方法
JP2016099169A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ
JP2016118510A (ja) * 2014-12-23 2016-06-30 株式会社日本自動車部品総合研究所 粒子状物質検出素子
US20170067813A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-09 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust particulate matter sensing

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE502004004590D1 (de) * 2004-09-09 2007-09-20 Analyticon Biotechnologies Ag Lateralflussmessvorrichtung und Messverfahren für Analyten
JP4732902B2 (ja) * 2006-01-18 2011-07-27 セイコーインスツル株式会社 湿度センサおよびそれを有する半導体装置
GB0601703D0 (en) * 2006-01-27 2006-03-08 Intellitect Water Ltd Improvement To The Design And Construction Of Electrochemical Sensors
DE102006055520A1 (de) * 2006-11-24 2008-05-29 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit bzw. zur Plausibilisierung eines auf einem interdigitalen Elektrodensystem basierenden Sensors sowie ein Sensor zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom und dessen Verwendung
JP5327152B2 (ja) * 2010-07-05 2013-10-30 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ素子及び粒子状物質検出センサ
JP2014041009A (ja) * 2012-08-21 2014-03-06 Aisan Ind Co Ltd 液位検出装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008117853A1 (ja) * 2007-03-27 2008-10-02 Ngk Insulators, Ltd. 微粒子センサ
JP2012047596A (ja) 2010-08-26 2012-03-08 Ngk Insulators Ltd 粒子状物質検出装置
JP2014032063A (ja) 2012-08-02 2014-02-20 Nippon Soken Inc 粒子状物質検出素子の製造方法、並びに、粒子状物質検出センサ
CN104614401A (zh) * 2013-11-05 2015-05-13 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 气体传感器及其形成方法
JP2016099169A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ
JP2016118510A (ja) * 2014-12-23 2016-06-30 株式会社日本自動車部品総合研究所 粒子状物質検出素子
US20170067813A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-09 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust particulate matter sensing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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