WO2017110581A1 - 粒子状物質の測定装置用部品 - Google Patents

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flow path
measuring device
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大樹 村松
佐藤　政宏
内山　啓吾
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a part for a particulate matter measuring device.
  • Patent Document 1 As a part for a particulate matter measuring device used for measuring the amount of particulate matter in exhaust gas discharged from a diesel engine, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2014-159783 (hereinafter also referred to as Patent Document 1). Those described in (1) are known.
  • the particulate matter measuring device component described in Patent Document 1 sandwiches a cell when a filter partitioned into a plurality of cells by a porous partition and at least one cell is a measuring cell. And a pair of electrodes.
  • the amount of particulate matter deposited in the exhaust gas collected by the filter is calculated based on the capacitance between the pair of electrodes. Further, since the exhaust gas flow path and the filter are formed throughout, the whole is disposed in the middle of the exhaust pipe. Particulate material measuring device parts were held by metal fittings, and the metal fittings were fixed outside the exhaust pipe.
  • the particulate matter measuring device component comprises a base made of ceramics and having a flow path through which gas flows, and a filter part made of porous ceramics provided inside the flow path so as to divide the flow path into a plurality of parts. And a pair of capacitance forming electrodes provided so as to sandwich the filter portion between the base portion, and the flow path is provided on one end side of the base portion. A holding portion is provided on the end side.
  • Another part for measuring apparatus for particulate matter is made of ceramics, and has a base part having a flow path for gas inside, and porous ceramics provided inside the flow path so as to divide the flow path into a plurality of parts.
  • a filter portion, and a pair of electrodes for forming a capacitance provided so as to sandwich the filter portion between the base portion, the base portion has a length direction, and the base portion has a length direction.
  • the flow path is provided only on one of the divided bases.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section (longitudinal section) taken along line AA of the particulate matter measuring device component shown in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section (cross section) taken on line BB of the particulate matter measuring device component shown in FIG. 1.
  • It is a schematic diagram which shows the wiring pattern of the electrode in the other example of the components for measuring devices of particulate matter.
  • any direction may be a vertical direction or a horizontal direction
  • the z-axis direction may be referred to as a vertical direction or a height direction.
  • the particulate matter measuring device component 100 is simply referred to as a plan view, it refers to viewing in the z-axis direction.
  • the particulate matter measuring device component 100 includes a base portion 1 having a flow channel 11 therein and a filter portion 2 provided inside the flow channel 11.
  • the particulate matter measuring device component 100 further includes a pair of electrodes 3 for forming a capacitance on the base 1.
  • the particulate matter measuring device component 100 is used, for example, to measure the amount of particulate matter in exhaust gas discharged from a diesel engine.
  • the holding part 1a is a part for holding the particulate matter measuring device component 100 by a metal member or the like when the part 100 is fixed to the exhaust pipe.
  • a metal member or the like only one end portion of the base portion 1 including the flow path 11 and the filter portion 2 can be disposed in the exhaust pipe, and the holding portion 1a can be disposed outside the exhaust pipe. Then, the other end can be held and fixed outside the exhaust pipe by a metal fitting or the like.
  • the thermal stress applied between the metal fitting and the particulate matter measuring device part 100 (the holding portion 1a thereof) can be made relatively small, the particulate matter measuring device part 100 can be held.
  • the reliability of (attachment), and hence the electrical connection reliability between the particulate matter measuring device component 100 and the external circuit can be improved.
  • the wall surface of the flow path 11 of the base portion 1 is denser than the surface of the filter portion 2.
  • the particulate matter deposition can be easily concentrated on the filter unit 2, and the linearity between the particulate matter deposition amount and the measured value can be increased.
  • the measurement accuracy of the particulate matter measuring device component 100 can be improved.
  • the porosity of the wall surface of the flow path 11 of the base 1 By setting the porosity of the wall surface of the flow path 11 of the base 1 to 3% or less, it is possible to make it difficult for particulate matter to enter the base 1. As a result, the possibility that the particulate matter adheres to the electrode 3 can be reduced, so that the electrostatic capacitance between the electrodes 3 may not be correctly measured when the particulate matter adheres to the electrode 3. Can be reduced. As a result, the measurement accuracy of the particulate matter measurement device component 100 can be further improved.
  • the base 1 and the filter 2 are made of the same ceramic, the thermal expansion coefficients of the base 1 and the filter 2 can be made closer. Thereby, the long-term reliability of the particulate matter measuring device component 100 under a heat cycle can be improved.
  • “consisting of the same ceramics” means that the main components (components occupying 80% by mass or more) of the ceramics constituting the base portion 1 and the filter portion 2 are the same.
  • the base 1 and the filter 2 are made of alumina.
  • alumina is easy to adjust the surface porosity as shown below.
  • the dimensions of the filter portion 2 are, for example, a length along the width direction of the base portion 1 of 0.3 mm, and a length along the thickness direction of the base portion 1 equal to the distance between the bottom surface of the flow path 11 and the ceiling surface.
  • the length along the length direction of the base 1 can be set to 40 mm.
  • the electrode 3 is a member for forming a capacitance. As shown in FIG. 2, the electrodes 3 are provided in pairs so that the filter portion 2 is sandwiched between the base portion 1. More specifically, when a plurality of flow paths 11 are provided as in the particulate matter measuring device component 100 of the present disclosure, the filter portions 2 positioned in the respective flow paths 11 are sandwiched. An electrode 3 is provided.
  • the electrode 3 may be provided so as to cover the plurality of filter units 2, or may be provided so as to correspond to each of the filter units 2. As shown in FIG. 2, in the case where three flow paths 11 are provided in the vertical direction as in the particulate matter measuring device component 100 of the present disclosure, the electrode 3 is connected to the upper flow path 11.
  • the electrode 3 positioned between the upper flow path 11 and the middle flow path 11 can form a capacitance with the upper electrode 3 of the upper flow path 11, and the middle. Capacitance can also be formed between the first channel 11 and the electrode 3 positioned between the lower channel 11. Further, the electrode 3 positioned between the middle flow path 11 and the lower flow path 11 can also form a capacitance with the lower electrode 3 of the lower flow path 11. .
  • a capacitance is formed between the pair of electrodes 3 sandwiching the filter unit 2.
  • the capacitance between the pair of electrodes 3 changes.
  • an external detection device it is possible to measure the amount of particulate matter accumulated in the filter unit 2.
  • the electrode 3 is embedded in the base 1. Thereby, the possibility that the electrode 3 may be affected by gas corrosion or the like can be reduced. Moreover, since the possibility that particulate matter or the like adheres to the surface of the electrode 3 can be reduced, the measurement accuracy of the particulate matter measuring device component 100 can be improved.
  • the electrode 3 is provided (embedded) inside the base 1, but is not limited thereto. Specifically, the position where the electrode 3 is provided may be, for example, the outer surface of the base 1 (a surface other than the wall surface of the flow path 11).
  • the electrode 3 has, for example, a linear wiring pattern and is provided along the filter unit 2.
  • the linearity between the amount of the particulate matter collected in the filter part 2 and the change in the capacitance between the electrodes 3 is improved. be able to.
  • the shape of the electrode 3 when viewed in plan is not limited to a linear shape, and may be, for example, a circular shape or a rectangular shape.
  • the electrode 3 by making the electrode 3 into a linear wiring pattern, the resistance value can be increased as compared with the case where the electrode 3 is made circular or rectangular. Therefore, it is possible to function as a heater by applying a high voltage to the electrode 3. Thereby, the particulate matter collected by the filter part 2 can be removed by heating.
  • the electrode 3 has a linear wiring pattern, and is provided in a region of the base portion 1 that sandwiches the filter portion 2 and a region that does not sandwich the filter portion 2.
  • a portion of the electrode 3 located in a region where the filter unit 2 is not sandwiched may be narrower than a portion located in a region where the filter unit 2 is sandwiched.
  • the width of the portion of the electrode 3 located in the region sandwiching the filter unit 2 is secured to form a good capacitance between the electrodes 3, while the electrode 3 is positioned in the region not sandwiching the filter unit 2
  • the resistance value can be increased by narrowing the width of the portion.
  • the end portion of the electrode 3 has a lead portion 3 a that is drawn to the base portion 1 located outside the flow path 11 in the width direction (x-axis direction) of the base portion 1. Yes.
  • a lead conductor (not shown) is provided that is electrically connected by the lead portion 3 a and passes through the base portion 1 and is drawn to the upper surface of the base portion 1.
  • a terminal electrode (not shown) is provided on the upper surface of the base 1 and a through conductor is electrically connected thereto. This terminal electrode can be electrically connected to an external detection device.
  • each of the pair of electrodes 3 sandwiching the filter unit 2 has a meander shape meandering by connecting ends of portions provided along each of the plurality of filter units 2. This is a single linear wiring pattern. And the edge part of the one electrode is pulled out by the outer surface of the base 1, and each of one pair of electrodes 3 becomes one line of wiring.
  • each of the pair of electrodes 3 is configured by two meander-shaped linear wiring patterns and has two lines of wiring. In the example shown in FIG. 6, the two wiring patterns are arranged side by side in the width direction (x direction) of the flow path 11. In the example shown in FIG. 7, the two wiring patterns are arranged in the length direction of the flow path 11 ( They are arranged side by side in the y-axis direction). In FIGS. 6 and 7, the lead-out portion 3a is omitted.
  • each of the pair of electrodes 3 arranged with the filter unit 2 interposed therebetween has two lines of wiring, while detecting the particulate matter with the electrode 3 of one line, Particulate matter collected by the electrode 3 can be removed. Therefore, the particulate matter can be continuously detected without stopping the particulate matter detection for removing the particulate matter.
  • each of the pair of electrodes 3 arranged with the filter unit 2 interposed therebetween is a two-line wiring. Wiring may be used.
  • the electrode 3 for example, a metal material such as platinum or tungsten can be used. Further, when the electrode 3 has a linear wiring pattern, for example, the width can be set to 2 mm, the length can be set to 38 mm, and the thickness can be set to 30 ⁇ m.
  • the base 1 has a shape having the flow path 11 inside, but the present invention is not limited thereto.
  • a pair of base portions 1 that are plate-shaped members made of ceramics and are arranged in parallel so that the main surfaces face each other, and a space between the pair of base portions 1 are partitioned.
  • a filter portion 2 made of porous ceramics provided so as to form a flow path, and a pair of electrodes for forming a capacitance provided on the pair of base portions 1 so as to sandwich the filter portion 2 therebetween.
  • the flow path 11 is provided on one end side of the pair of base portions 1, and the holding portion 1 a may be provided on the other end side of the pair of base portions 1.
  • the flow path 11 (divided flow path 12) is formed by dividing the space between the base 1 and the base 1 by the filter section 2.
  • the amount of the particulate matter can be measured by collecting the particulate matter in the flow path 11 and collecting the particulate matter by the filter unit 2 and detecting the change in the capacitance between the electrodes 3.
  • the measurement accuracy can be improved in the same manner as the particulate matter measuring device part 100 described above.
  • the six bases 1 are arranged in the horizontal direction (x-axis direction) with a total of five spaces, one between each.
  • the four filter units 2 are provided in each of the five spaces.
  • the number of the base portions 1 may be two to five, or may be seven or more, and the number of the filter portions 2 can be appropriately changed.
  • the filter part 2 is provided in the space by the side of the one end part of the base 1 among the space between a pair of bases 1, Thereby, the flow path 11 is formed biased to the one end part side of the base 1. .
  • a holding portion 1 a is provided on the other end side of the base portion 1. That is, as in the previous disclosure shown in FIG. 1, the flow path 11 is provided below the base 1 in the height direction (z-axis direction), and above the base 1 in the height direction (z-axis direction). Is provided with a holding portion 1a.
  • the holding portion 1a is a portion for holding the particulate matter measuring device component 100 by a metal member or the like when fixing it to the exhaust pipe.
  • the holding portion 1a can be disposed outside the exhaust pipe. Then, the other end can be held and fixed outside the exhaust pipe by a metal fitting or the like.
  • the thermal stress applied between the metal fitting and the particulate matter measuring device part 100 (the holding portion 1a thereof) can be made relatively small, the particulate matter measuring device part 100 can be held.
  • the reliability of (attachment), and hence the electrical connection reliability between the particulate matter measuring device component 100 and the external circuit can be improved.
  • the second base portion 1 b made of ceramics similar to the base portion 1 is disposed in the space on the other end side of the base portion 1. And a pair of base 1 and the 2nd base 1b between them are united.
  • the holding portion 1a is made of a dense ceramic, the strength of the holding portion 1a to which the metal fitting is attached can be increased, and the holding portion 1a can be held with a stronger force. it can.
  • the second base portion 1b can prevent the exhaust gas flowing into the flow path 11 located on the one end side from leaking out of the exhaust pipe from the other end portion.
  • the second base portion 1 b is disposed in contact with the filter portion 2 located closest to the other end portion of the base portion 1 in the filter portion 2.
  • a space may be provided between the filter portion 2 on the most other end side and the second base portion 1b may be disposed.
  • the filter portion 2 also serves as a part of the lower wall, but the base portion 1 that is in contact with the filter portion 2 below the lower filter portion 2 is used as the lower wall. It may be provided. By doing so, the rigidity of the particulate matter measuring device component 100 is improved, and the area where the relatively weak filter part 2 is exposed can be reduced, so that deformation due to thermal stress or external force can be reduced. Damage can be suppressed and the device becomes highly reliable. Moreover, the wall surface which faces the flow path 11 becomes the filter part 2, and the collection efficiency is higher and the sensitivity is better.
  • the end of the flow path 11 is open, but the present invention is not limited to this.
  • the end portion of the flow path 11 may be partially sealed by the sealing portion 4.
  • one end of the flow channel 11 is partially open, and a portion of the other end facing the open portion of one end is sealed. It is preferable that one end portion of the first end portion is partially sealed and a portion of the other end portion that faces the sealed portion of one end portion is open.
  • the particulate matter measuring device component 100 shown in FIGS. 10 to 12 includes a plurality of filters 2 having different degrees of porosity. Particulate material measuring device part 100 that can know the particle size distribution of particulate matter, and particulate material measuring device part 100 that can collect particulate matter continuously for a long time and have a long life. , It can be more value-added.
  • the particulate substances collected by the filter portions 2a, 2b, and 2c have different average particle sizes. . Therefore, the particle size distribution of the particulate matter collected from the capacitance detected by the electrodes 3 sandwiching each of the plurality of filter portions 2a, 2b, and 2c having different pore diameters is known.
  • the exhaust gas containing particulate matter It is possible to infer the combustion state in the engine that discharges gas and the state of the PM filter located upstream of the particulate matter measuring device component 100.
  • the type of pore size of the filter unit 2 is not limited to three, and may be two or four or more.
  • the filter portions 2 having the same pore diameter are arranged in a line in the vertical direction (z-axis direction), but may be arranged in a line in the horizontal direction (x-axis direction). Although they may be arranged randomly, they may be arranged in a line as described above.
  • the pore diameter here is an average pore diameter.
  • the pore diameter may be calculated by taking an SEM image of the surface or cross section of the filter portion 2 and calculating an average pore diameter for pores within the range of the SEM image by image analysis.
  • the SEM magnification is 100 times and may be performed using an SEM image having a field of view of 1.0 mm ⁇ 1.3 mm.
  • the filter portion 2 has a pore diameter of 1 ⁇ m to 60 ⁇ m and the filter portion 2 has three types of filter portions 2a, 2b, and 2c having different pore diameters as in the above example, for example, the first filter
  • the pore diameter of the part 2a may be 10 ⁇ m to 60 ⁇ m
  • the pore diameter of the second filter part 2b may be 5 ⁇ m to 30 ⁇ m
  • the pore diameter of the third filter part 2c may be 1 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • located outside here may be the outside in the vertical direction as shown in FIG. Further, “located outside” may be the outside in the width direction of the flow path space 10 as shown in FIG. 12. Further, “located outside” may be the outside in the entire vertical direction and width direction.
  • the fourth filter portion 2d is disposed outside the vertical direction (z-axis direction), and the fifth filter portion 2e is disposed inside.
  • Three rows of spaces (channels 11) are arranged in the left-right direction (x-axis direction) in the drawing, and six filter sections 2 are arranged in the vertical direction (z-axis direction) in each space (channel 11). ing.
  • the upper two and the lower two in each space are the fourth filter portions 2d, and the center two in each space are the fifth filter portions 2e.
  • the fourth filter portion 2d is disposed outside the left and right direction (x-axis direction) of the drawing, and the fifth filter portion 2e is disposed inside.
  • Three rows of spaces are arranged in the left-right direction (x-axis direction), and four filter units 2 are arranged in each space in the vertical direction (z-axis direction). Of the three spaces, four of the four spaces located in the left and right spaces are the fourth filter portions 2d, and four of the three spaces located in the central space are the fifth filter portions 2e.
  • the central portion of the space inside the cross section perpendicular to the length direction of the flow path 11
  • the flow rate of the gas flowing through the region tends to be larger than the flow rate of the gas flowing through the outer periphery of the space (the outer region in a cross-sectional view perpendicular to the length direction of the flow path 11).
  • the inner filter portion 2 collects more particulate matter than the outer filter portion 2, and the clogging of the particulate matter is also accelerated.
  • the frequency of performing the regeneration for removing the particulate matter by heating with the heater is increased, so that the deterioration of the particulate matter measuring device component 100 is also accelerated.
  • the porosity of the filter unit 2 (fourth filter unit 2 d) located outside is the filter unit located inside. 2 (fifth filter portion 2e) is larger than the porosity of the filter portion 2 (fourth filter portion 2d) having a larger porosity, the gas is more likely to flow and is perpendicular to the length direction of the flow path 11. The difference in gas flow rate depending on the position in the cross section is reduced. Therefore, since only the inner filter part 2 is not quickly clogged with particulate matter, it is possible to collect particulate matter continuously for a long time, and the long-life particulate matter measuring device component 100 and become.
  • the porosity of the filter unit 2 located on the outer side in the up-down direction and the outer side in the left-right direction is the filter unit 2 (fifth filter unit) located on the inner side, respectively. 2e)
  • the porosity of the filter part 2 located on the outer side in the vertical and horizontal directions and the outer periphery in the cross-section is combined in the center in the vertical and horizontal directions and in the center in the cross-section. It may be larger than the porosity of the filter part 2 located.
  • the base 1 and the filter unit 2 are alternately arranged in the left-right direction (x-axis direction)
  • the fourth filter is placed outside the left-right direction (x-axis direction) as in the example shown in FIG.
  • the structure in which the part 2d is arranged and the fifth filter part 2e is arranged inside may be easily manufactured by a manufacturing method as described later.
  • Examples of the porosity measurement method for comparing the porosity of the filter unit 2 include a mercury intrusion method (JIS standard R1655: 2003), image analysis of SEM images, and the like.
  • the image analysis of the SEM image can be performed by taking a SEM image of a cross section of the filter unit 2 and calculating the area ratio of the pores within the range of the SEM image by image analysis.
  • the SEM magnification is 100 times, and an SEM image having a field of view of 1.0 mm ⁇ 1.3 mm may be used.
  • the porosity of the filter unit 2 is 40 to 70%
  • the porosity of the filter unit 2d having a relatively high porosity and the filter unit 2e having a relatively low porosity are 50 to 70% and 40 to 60, respectively. %And it is sufficient.
  • the flow path 11 has been described as an example extending from one side surface of the base 1 to the side surface at a position opposite thereto, but is not limited thereto. .
  • the flow path 11 may have one end opened on one side surface of the base 1 and the other end opened on a surface (lower surface) positioned at one end of the base 1. Good. Or you may open to the surface (lower surface) located in the two side surfaces which the base 1 opposes, and the one end part of the base 1.
  • a particulate material comprising a pair of base portions 1 juxtaposed so that the main surfaces face each other and a filter portion 2 provided so as to form a flow path 11 by dividing a space between the pair of base portions 1.
  • the example shown in FIG. 8 is an example in which the base 1 and the filter unit 2 are alternately arranged in the horizontal direction (x-axis direction), but like the example shown in FIG.
  • the base portions 1 and the filter portions 2 may be alternately arranged in the vertical direction (z-axis direction).
  • the holding portion 1a does not have the second base portion 1b.
  • the thickness of the base part 1 located on the outermost side (upper side) is thick, and this part is the holding part 1a.
  • the portion located outside the flow path 11 in the base 1 and the outer wall of the flow path 11 are the same as those replaced with the filter portion 2.
  • the method for manufacturing the particulate matter measuring device component 100 in which the dense base portion 1 made of ceramics and the filter portion 2 made of porous ceramics are integrally formed as described above is, for example, a plurality of first methods.
  • a step of firing the laminate 102 is, for example, a plurality of first methods.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a particulate matter measuring device part for each step.
  • FIG. 15 shows a part 100 for a particulate matter measuring apparatus as in the example shown in FIG. 8, wherein the number of base portions 1 is changed from six to three, and the number of filter portions 2 arranged between the pair of base portions 1 is changed from four. The process of manufacturing what was made into six is shown.
  • a plurality of first ceramic green sheets 12, a plurality of second ceramic green sheets 22, and a third ceramic green sheet 12b are prepared.
  • the first ceramic green sheet 12 is a part that is sintered in the subsequent firing step to become the base 1, and the second ceramic green sheet 22 is a part that similarly becomes the filter part 2, and the third ceramic
  • the green sheet 12b is a portion that becomes the second base 2b.
  • the filter part 2 is made of porous ceramics. Therefore, the second ceramic green sheet 22 has more pores (the porosity becomes larger) when sintered in the subsequent firing step with respect to the first ceramic green sheet 12 and the third ceramic green sheet 12b.
  • the second ceramic green sheet 22 contains more components that become pores when sintered in the firing step than the first ceramic green sheet 12 and the third ceramic green sheet 12b. It is a waste. Specifically, those having a large organic binder component, those containing a pore former, and the like. Alternatively, in order to decrease the sinterability and increase the pores, there are few sintering aid components.
  • first ceramic green sheet 12 and the third ceramic green sheet 12b are made of alumina ceramics
  • first, alumina powder and sintering aid powder such as SiO 2 , MgO, CaO
  • a slurry is prepared by mixing an organic binder such as acrylic resin, an organic solvent such as toluene and acetone, and a solvent such as water.
  • the slurry may be used to form a sheet by a film forming method such as a doctor blade method.
  • the first ceramic green sheet 12 and the third ceramic green sheet 12 b have different thicknesses, but may have the same thickness.
  • the first ceramic green sheet 12 and the third ceramic green sheet 12b have different sizes, and the third ceramic green sheet 12b is smaller.
  • the second ceramic green sheet 22 may be a slurry obtained by adding a pore former to the slurry for the first ceramic green sheet 12.
  • the second ceramic green sheet 22 includes a pore former with respect to the first ceramic green sheet 12.
  • the second ceramic green sheet 22 is also smaller than the first ceramic green sheet 12.
  • the size in which the second ceramic green sheet 22 and the third ceramic green sheet 12 b are arranged is approximately the same as that of the first ceramic green sheet 12.
  • the filter part 2 has different pore diameters, for example, as the pore former added to the slurry for the second ceramic green sheet 22, those having different average particle diameters are used. What is necessary is just to produce several types of 2nd ceramic green sheets 22 from which an average particle diameter differs.
  • the filter unit 2 has different porosity, for example, the amount of pore forming material added to the slurry for the second ceramic green sheet 22 is different from each other, the average particle size of the included pore forming material is different, A plurality of types of second ceramic green sheets 22 may be produced.
  • an electrode layer 32 is formed on the first ceramic green sheet 12 as in the example shown in FIG.
  • the electrode layer 32 is sintered in the subsequent firing step to become the electrode 3.
  • the electrode layer 32 may be formed by applying a metal paste mainly composed of a metal material such as platinum or tungsten which is the main component of the electrode 3 on the first ceramic green sheet 12.
  • the metal paste can be prepared by adding a resin binder and a solvent to a metal material powder and kneading. What is necessary is just to apply
  • the through-hole 112 is formed in the second ceramic green sheet 22.
  • the through hole 112 is a portion that becomes the flow path 11.
  • the through holes 112 may be formed in the second ceramic green sheet 22 by punching using a mold or laser processing.
  • the laminated body 102 is formed by laminating the sheet 12b.
  • the portions to be the three substrates 1 are each formed by laminating two layers of the first ceramic green sheets 12, and the portion to be the filter portion 2 is the two layers of the second ceramic.
  • the green sheet 22 is formed by being laminated. In either case, a ceramic green sheet having one layer or three or more layers may be used.
  • the first electrode layer 32 is not formed on the first ceramic green sheet 12 on which the electrode layer 32 is formed.
  • the ceramic green sheets 12 are stacked, only the portion of the second ceramic green sheet 22 that becomes the filter portion 2 is stacked, and further the frame-shaped first ceramic green sheet 12 is stacked so as to surround the periphery. Good.
  • Base 1a Holding unit 1b: Second base 11: Channel 12: Divided channel 2: Filter unit 3: Electrode 4: Sealing unit 100: Particulate material measuring device component

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Abstract

セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、前記流路は前記基部の一端部側に設けられており、前記基部の他端部側には保持部が設けられている。

Description

粒子状物質の測定装置用部品
　本発明は、粒子状物質の測定装置用部品に関するものである。
　ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質の量を測定するために用いられる粒子状物質の測定装置用部品として、例えば、特開２０１４－１５９７８３号公報（以下、特許文献１ともいう）に記載のものが知られている。特許文献１に記載の粒子状物質の測定装置用部品は、多孔質性の隔壁で複数のセルに区画されたフィルタと、少なくとも１つのセルを測定用セルとしたときに、このセルを挟むように設けられた一対の電極とを備えている。そして、特許文献１に記載の粒子状物質の測定装置用部品においては、一対の電極間の静電容量に基づいて、フィルタに捕集される排気中の粒子状物質の堆積量を算出する。また、排気ガスの流路およびフィルタが全体にわたって形成されているため、排気管の途中に全体が配置されていた。粒子状物質の測定装置用部品は金具で保持されて、金具が排気管の外に固定されていた。
　粒子状物質の測定装置用部品は、セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、前記流路は前記基部の一端部側に設けられており、前記基部の他端部側には保持部が設けられている。
　別の粒子状物質の測定装置用部品は、セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、前記基部は長さ方向を有しており、前記基部を長さ方向に２分したときに、前記流路は前記２分された基部の一方にのみ設けられている。
　別の粒子状物質の測定装置用部品は、セラミックスから成る板状の部材であって主面が対向するように並置された一対の基部と、該一対の基部の間の空間を区切って流路を形成するように設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記一対の基部にそれぞれ設けられており前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、前記流路は前記一対の基部の一端部側に設けられており、前記一対の基部の他端部側には保持部が設けられている。
粒子状物質の測定装置用部品のの斜視図である。 図１に示す粒子状物質の測定装置用部品のＡ－Ａ線断面（縦断面）を示す断面図である。 図１に示す粒子状物質の測定装置用部品のＢ－Ｂ線断面（横断面）を示す断面図である。 図１に示す粒子状物質の測定装置用部品における電極の配線パターンを示す模式図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例における電極の配線パターンを示す模式図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例における電極の配線パターンを示す模式図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例における電極の配線パターンを示す模式図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例の斜視図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例の横断面を示す断面図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例の縦断面を示す断面図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例の縦断面を示す断面図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例の縦断面を示す断面図である。 粒子状物質の測定装置用部品の他の例の斜視図である。 （ａ）は粒子状物質の測定装置用部品の他の例の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ－Ｃ線断面（縦断面）を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＤ－Ｄ線断面（縦断面）を示す断面図である。 粒子状物質の測定装置用部品の製造方法を示す模式図である。 粒子状物質の測定装置用部品の製造方法の他の例を示す模式図である。
　以下、粒子状物質の測定装置用部品１００について、図面を参照しながら説明する。図１等においては、粒子状物質の測定装置用部品１００に対して固定して定義した直交座標系ｘｙｚを付している。以下の説明では、この座標系を参照して方向を説明することがある。粒子状物質の測定装置用部品１００は、いずれの方向が鉛直方向乃至は水平方向とされてもよく、また、ｚ軸方向を上下方向又は高さ方向ということがある。また、粒子状物質の測定装置用部品１００について単に平面視という場合、ｚ軸方向に見ることを指すものとする。
　図１～４に示すように、粒子状物質の測定装置用部品１００は、内部に流路１１を有する基部１と、流路１１の内部に設けられたフィルタ部２とを備えている。粒子状物質の測定装置用部品１００は、さらに、基部１に静電容量形成用の一対の電極３を備えている。粒子状物質の測定装置用部品１００は、例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質の量を測定するために用いられる。
　基部１は、ガスの流れる流路１１を形成するための部材である。基部１は、例えば、アルミナ等の絶縁性のセラミックスから成る。基部１は、例えば、内部に１つまたは複数の流路１１を有している。図１に示す粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１は、外形が直方体形状であって、内部に３つの流路１１を有している。基部１は、例えば、高さ（ｚ軸方向の長さ）を６０ｍｍに、開口を有する側面間の長さ（奥行き、ｙ軸方向の長さ）を４０ｍｍに、開口を有さない側面間の長さ（幅、ｘ軸方向の長さ）を１０ｍｍに、設定できる。
　流路１１は、基部１の１つの側面からこれに対向する位置にある側面にかけて延びている。流路１１は、基部１の１つの側面と、これに対向する位置にある側面とに開口している。３つの流路１１は基部１の高さ方向に配列されている。それぞれの流路１１はフィルタ部２で複数に区切られており、区切られた空間の１つ１つを分割流路１２とも呼ぶ。また、フィルタ部２で区切られてできた流路１１（フィルタ部２間の分割流路１２）は、幅（フィルタ部２間の長さ）を１．２ｍｍに、高さ（底面と天井面との間隔）を１．２ｍｍに設定できる。流路１１の長さは、基部１の長さと等しく、４０ｍｍに設定できる。
　フィルタ部２は、ガス中の粒子状物質を捕集するための部材である。図２に示すように、フィルタ部２は、流路１１の内部に設けられている。図３に示すように、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、フィルタ部２は板状であって、流路１１の長さ方向に沿って設けられている。フィルタ部２は、基部１の流路１１を複数の領域（分割流路１２）に区切るように複数設けられている。本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００は、１つの流路１１につき４つのフィルタ部２が設けられている。４つのフィルタ部２は、それぞれが並行に配列されている。フィルタ部２は、多孔質セラミックスから成る。多孔質セラミックスとしては、例えば、多孔質アルミナが挙げられる。フィルタ部２が多孔質アルミナから成ることによって、流路１１を流れるガスがフィルタ部２を通過できるようになっている。このとき、フィルタ部２は、ガス中に含まれる粒子状物質の一部を捕集する（堆積させる）ことができる。
　ここで、流路１１は基部１の一端部側に設けられており、基部１の他端部側には保持部１ａが設けられている。言い換えると、基部１は流路１１の延びる長さ方向（ｙ軸方向）に垂直な高さ方向(ｚ軸方向)を有しており、基部１を高さ方向に２分したときに、流路１１は２分された基部１の一方にのみ設けられている。図１に示す例においては、流路１１は基部１の高さ方向（ｚ軸方向）の下側に設けられており、基部１の高さ方向（ｚ軸方向）の上側には保持部１ａが設けられている。保持部１ａとは、粒子状物質の測定装置用部品１００を排気管に固定する際に、金属部材等で保持するための部分である。このような構成により、流路１１およびフィルタ部２を備える基部１の一端部だけを排気管内に配置して、保持部１ａは排気管の外に配置することができる。そして、排気管の外で金具等によって他端部を保持して固定することができる。この結果、金具と粒子状物質の測定装置用部品１００（の保持部１ａ）との間に加わる熱応力を比較的小さなものとすることができるので、粒子状物質の測定装置用部品１００の保持（取り付け）の信頼性、ひいては粒子状物質の測定装置用部品１００と外部回路との電気的な接続信頼性を向上させることができる。
　また、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１の流路１１の壁面がフィルタ部２の表面よりも緻密である。これにより、基部１の流路１１の壁面に粒子状物質を堆積させにくくするとともに、フィルタ部２の表面に粒子状物質を堆積させやすくすることができる。これらの結果、粒子状物質の堆積をフィルタ部２に集中させやすくできるので、粒子状物質の堆積量と測定値との間のリニアリティを高めることができる。その結果、粒子状物質の測定装置用部品１００の測定精度を向上させることができる。
　基部１の流路１１の壁面がフィルタ部２の表面より緻密であることは、例えば、以下の方法で確認できる。具体的には、基部１の流路１１の壁面およびフィルタ部２の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する。そして、得られたＳＥＭ画像に画像処理を施し、表面の気孔率を求める。結果、気孔率が小さい方をより緻密であると見なすことができる。基部１の流路１１の壁面の気孔率は、例えば、３％以下に設定できる。フィルタ部２の表面の気孔率は、例えば、４０～７０％に設定できる。なお、ここでいう流路１１の壁面とは、流路１１のうちガスに面する基部１の内表面の全体を意味している。すなわち、天井面および底面がここでいう壁面に含まれる。
　基部１の流路１１の壁面の気孔率を、３％以下にすることによって、基部１の内部に粒子状物質が入りにくくすることができる。その結果、粒子状物質が電極３に付着してしまうおそれを低減できるので、粒子状物質が電極３に付着することによって電極３間の静電容量を正しく測定することができなくなってしまうおそれを低減できる。その結果、粒子状物質の測定装置用部品１００の測定精度をさらに向上できる。
　基部１およびフィルタ部２は一体的に形成されている。基部１およびフィルタ部２が一体的に形成されていることによって、粒子状物質の測定装置用部品１００の長期信頼性を向上できる。具体的には、基部１およびフィルタ部２が別々に形成された後に接合されているような場合には、例えば、基部１およびフィルタ部２の界面から剥がれが生じるようなおそれがある。特に、接合に接合材等を用いている場合には、接合材が劣化することによって、フィルタ部２を基部１に正しく固定することができなくなるおそれがある。これに対して、基部１およびフィルタ部２を一体的に形成（焼成）することによって、基部１およびフィルタ部２の界面から劣化が生じるおそれを低減できる。
　特に、基部１およびフィルタ部２が同じセラミックスから成ることによって、基部１およびフィルタ部２の熱膨張率を近づけることができる。これにより、ヒートサイクル下における粒子状物質の測定装置用部品１００の長期信頼性を向上できる。ここでいう、「同じセラミックスから成る」とは、基部１およびフィルタ部２を構成するセラミックスの主成分（８０質量％以上を占める成分）が同じであることを意味している。
　本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１およびフィルタ部２がアルミナから成る。アルミナは、安価に製造できることに加えて、下記に示すように表面の気孔率の調整が容易である。
　気孔率が３％以下の表面を有する基部１、および、気孔率が４０～７０％程度の表面を有するフィルタ部２は、例えば、以下の方法で一体的に形成できる。具体的には、基部１となる部分については、アルミナ粉末を９３質量％および樹脂バインダを７質量％含むセラミックペーストを用いる。また、フィルタ部２となる部分については、アルミナ粉末を５５質量％、造孔材を３８質量％および樹脂バインダを７質量％含むセラミックペーストを用いる。これらのセラミックペーストをドクターブレード法を用いて所定の形状のグリーンシートに加工する。このとき、グリーンシート上に導電性ペーストを印刷することによって、静電容量形成用の電極３を形成することができる。そして、これらのグリーンシートを一軸プレス機を用いて加圧積層する。必要に応じて表面の加工を行なった後に、１５００℃で焼成することによって、上記の気孔率のフィルタ部２および基部１を形成することができる。
　フィルタ部２の寸法は、例えば、基部１の幅方向に沿った長さを０．３ｍｍに、基部１の厚み方向に沿った長さを流路１１の底面と天井面との間隔と等しく１．２ｍｍに、基部１の長さ方向に沿った長さを４０ｍｍに設定できる。
　電極３は、静電容量を形成するための部材である。図２に示すように、電極３は、基部１にフィルタ部２を挟むように対になって設けられている。より具体的には、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００のように、流路１１が複数設けられている場合には、それぞれの流路１１に位置するフィルタ部２を挟むように電極３が設けられている。電極３は、例えば、複数のフィルタ部２を跨って覆うように設けられていてもよいし、フィルタ部２の１つ１つに対応するように設けられていてもよい。そして、図２に示すように、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００のように流路１１が上下方向に３つ設けられている場合には、電極３は、上側の流路１１の上方、上側の流路１１と真ん中の流路１１との間、真ん中の流路１１と下側の流路１１との間、および下側の流路１１の下方に位置していてもよい。上側の流路１１と真ん中の流路１１との間に位置している電極３は、上側の流路１１の上方の電極３との間で静電容量を形成することができ、また、真ん中の流路１１と下側の流路１１との間に位置している電極３との間でも静電容量を形成することがでる。また、真ん中の流路１１と下側の流路１１との間に位置している電極３は、下側の流路１１の下方の電極３との間でも静電容量を形成することができる。
　フィルタ部２を挟む一対の電極３の間には静電容量が形成される。フィルタ部２に粒子状物質が捕集されると、一対の電極３の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を外部の検出装置で検知することによって、フィルタ部２に捕集された粒子状物質の堆積量を測定することができる。
　本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、電極３が基部１に埋設されている。これにより、電極３がガスによる腐食等の影響を受けるおそれを低減できる。また、電極３の表面に粒子状物質等が付着するおそれを低減できるので、粒子状物質の測定装置用部品１００の測定精度を向上させることができる。なお、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、電極３が基部１の内部に設けられている（埋設されている）が、これに限られない。具体的には、電極３の設けられる位置は、例えば、基部１の外表面（流路１１の壁面以外の面）であってもよい。
　図４に示すように、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、電極３は、例えば、線状の配線パターンを有するとともに、フィルタ部２に沿って設けられている。このように、電極３がフィルタ部２に沿って設けられていることによって、フィルタ部２に捕集された粒子状物質の量と電極３間の静電容量の変化と間のリニアリティを向上させることができる。これは、電極３がフィルタ部２に沿って設けられていることによって、フィルタ部２以外（例えば、流路１１の壁面）に付着した粒子状物質によって静電容量が変化することを低減できるためである。なお、電極３の平面視したときの形状は、線状に限られず、例えば、円形状であってもよいし、矩形状であってもよい。
　また、電極３を線状の配線パターンにすることによって、電極３を円形状または矩形状にする場合と比較して抵抗値を大きくすることができる。そのため、この電極３に高い電圧を加えることによってヒータとして機能させることもできる。これにより、フィルタ部２に捕集された粒子状物質を加熱により除去することができる。
　特に、図５に示す例のように、電極３が線状の配線パターンを有するとともに、基部１のうちフィルタ部２を挟む領域およびフィルタ部２を挟まない領域に設けられており、平面視したときに、電極３のうちフィルタ部２を挟まない領域に位置する部分が、フィルタ部２を挟む領域に位置する部分よりも幅が狭くなっていてもよい。これにより、電極３のうちフィルタ部２を挟む領域に位置する部分の幅を確保して電極３間の静電容量を良好に形成しつつ、電極３のうちフィルタ部２を挟まない領域に位置する部分の幅を狭くすることによって、抵抗値を大きくできる。これにより、静電容量形成用の電極３として有効に機能させつつも、ヒータとしても有効に機能させることができる。
　図４および図５に示す例においては、電極３の端部は、基部１の幅方向（ｘ軸方向）において流路１１の外側に位置する基部１へ引き出された引き出し部３ａを有している。この引き出し部３ａで電気的に接続され、基部１を貫通して基部１の上面に引き出される貫通導体（不図示）を備えている。基部１の上面には端子電極（不図示）が設けられており、貫通導体が電気的に接続されている。この端子電極と外部の検出装置とを電気的に接続することができる。
　図４および図５に示す例においては、フィルタ部２を挟む一対の電極３のそれぞれは、複数のフィルタ部２のそれぞれに沿って設けられた部分の端部同士を接続して蛇行したミアンダ形状の１本の線状の配線パターンとなっている。そして、その１つ電極の端部が基部１の外表面に引き出されており、１対の電極３のそれぞれは、一系統の配線となっている。これに対して、図６および図７に示す例では、１対の電極３のそれぞれは、２つのミアンダ形状の線状の配線パターンで構成され、２系統の配線となっている。図６に示す例では、２つの配線パターンは流路１１の幅方向（ｘ方向）に並んで配置されており、図７に示す例では、２つの配線パターンは流路１１の長さ方向（ｙ軸方向）に並んで配置されている。なお、図６および図７においては、引き出し部３ａは省略している。
　このように、フィルタ部２を挟んで配置されている一対の電極３のそれぞれが２系統の配線となっていると、一方の系統の電極３で粒子状物質を検知しながら、他方の系統の電極３で捕集された粒子状物質を除去することができる。そのため、粒子状物質の除去のために粒子状物質の検知を停止することなく、連続して粒子状物質の検知を行なうことができる。図６および図７に示す例においては、フィルタ部２を挟んで配置されている一対の電極３のそれぞれが２系統の配線となっているが、複数系統であればよいので、３系統以上の配線であってもよい。
　電極３としては、例えば、白金またはタングステン等の金属材料を用いることができる。また、電極３を線状の配線パターンにした場合には、例えば、幅を２ｍｍ、長さを３８ｍｍ、厚みを３０μｍに設定できる。
　上述の開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１が内部に流路１１を有するような形状であったが、これに限られない。具体的には、例えば、図８に示すように、セラミックスから成る板状の部材であって主面が対向するように並置された一対の基部１と、一対の基部１の間の空間を区切って流路を形成するように設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部２と、一対の基部１にそれぞれ設けられておりフィルタ部２を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極３とを備えており、流路１１は一対の基部１の一端部側に設けられており、一対の基部１の他端部側には保持部１ａが設けられていてもよい。
　この開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１と基部１との間の空間をフィルタ部２で区切ることによって流路１１（分割流路１２）が形成されている。この流路１１にガスを流すことによって粒子状物質をフィルタ部２で捕集するとともに、電極３間の静電容量の変化を検知することによって粒子状物質の量を測定することができる。このような粒子状物質の測定装置用部品１００においても、上述の粒子状物質の測定装置用部品１００と同様に、測定精度を向上できる。
　より具体的には、図８に示す粒子状物質の測定装置用部品１００においては、６つの基部１が、それぞれの間に１つずつ、計５つの空間を空けて横方向（ｘ軸方向）に並んで設けられており、この５つの空間にそれぞれ４つずつのフィルタ部２が設けられている。基部１の数は２つから５つであっても、あるいは７つ以上であってもよく、また、フィルタ部２の数も適宜変更することができる。
　そして、フィルタ部２は一対の基部１の間の空間のうち、基部１の一端部側の空間に設けられており、これにより流路１１が基部１の一端部側に偏って形成されている。そして、基部１の他端部側には保持部１ａが設けられている。すなわち、図１に示す先の開示と同様に、流路１１は基部１の高さ方向（ｚ軸方向）の下側に設けられており、基部１の高さ方向（ｚ軸方向）の上側には保持部１ａが設けられている。また、先の開示と同様に保持部１ａとは、粒子状物質の測定装置用部品１００を排気管に固定する際に、金属部材等で保持するための部分である。よって、先の開示と同様に、流路１１およびフィルタ部２を備える基部１の一端部だけを排気管内に配置して、保持部１ａは排気管の外に配置することができる。そして、排気管の外で金具等によって他端部を保持して固定することができる。この結果、金具と粒子状物質の測定装置用部品１００（の保持部１ａ）との間に加わる熱応力を比較的小さなものとすることができるので、粒子状物質の測定装置用部品１００の保持（取り付け）の信頼性、ひいては粒子状物質の測定装置用部品１００と外部回路との電気的な接続信頼性を向上させることができる。
　図８に示す例においては、一対の基部１の間の空間のうち、基部１の他端部側の空間には、基部１と同様のセラミックスから成る第２の基部１ｂが配置されている。そして、一対の基部１とその間の第２の基部１ｂとは一体となっている。このような構成によれば、保持部１ａが緻密質のセラミックスから成るものとなるので、金具を取り付ける保持部１ａの強度を高いものとすることができ、金具によってより強い力で保持することができる。また、第２の基部１ｂによって、一方端部側に位置する流路１１に流入した排気ガスが、他方端部から排気管外に漏れてしまうことを抑えることができる。
　第２の基部１ｂの代わりに、フィルタ部２のうち最も基部１の他端部側に位置するフィルタ部２を他端部まで延ばして配置することもできる。しかしながら、基部１と同様の緻密質のセラミックスから成る第２の基部１ｂを配置する方がより効果的である。
　また、図８に示す例においては、第２の基部１ｂは、フィルタ部２のうち最も基部１の他端部側に位置するフィルタ部２と接して配置されている。最も他端部側のフィルタ部２との間に空間を設け第２の基部１ｂを配置しても構わない。
　図８に示す粒子状物質の測定装置用部品１００では、フィルタ部２が下壁の一部を兼ねているが、下側のフィルタ部２の下にフィルタ部２に接する基部１を下壁として設けてもよい。このようにすることで、粒子状物質の測定装置用部品１００の剛性が向上し、比較的強度の小さいフィルタ部２が露出する面積を小さくすることができるので、熱応力による変形や、外力による損傷を抑えることができ、信頼性の高いものとなる。また、流路１１に面する壁面は全てフィルタ部２となり、捕集効率がより高く感度のよいものとなる。
　また、図１に示す粒子状物質の測定装置用部品１００においては、流路１１の端部が開口していたが、これに限られない。例えば、図９に示す例のように、流路１１の端部が部分的に封止部４によって封止されていてもよい。特に、流路１１の一方の端部が部分的に開口しているとともに、他方の端部のうち一方の端部の開口している部分に対向する部分が封止されており、流路１１の一方の端部が部分的に封止されているとともに、他方の端部のうち一方の端部の封止されている部分に対向する部分が開口しているとよい。
　これにより、流路１１の内部を流れるガスがフィルタ部２を通過しやすくなるので、フィルタ部２で粒子状物質を捕集しやすくなる。その結果、粒子状物質の測定装置用部品１００の測定精度を向上できる。なお、図９においては、ガスの流れを矢印で示している。
　また、封止部４としては、例えば、フッ素樹脂等の樹脂材料を用いることができる。また、その他の封止部４としては、フィルタ部２または基部１と同じセラミックスから成っていてもよい。これにより、フィルタ部２または基部１と封止部４との熱膨張差を小さくできるので、ヒートサイクル下における長期信頼性を向上できる。
　また、フィルタ部２がセラミックスから成るとともに、基部１および封止部４と共に一体的に形成（焼成）されていてもよい。これにより、封止部４と基部１または封止部４とフィルタ部２との界面から劣化が生じるおそれを低減できる。
　図１０～図１２に示す粒子状物質の測定装置用部品１００においては、互いにポーラス度が異なる複数のフィルタ２を有している。粒子状物質の粒度分布を知ることのできる粒子状物質の測定装置用部品１００や長時間連続して粒子状物質の捕集が可能で長寿命な粒子状物質の測定装置用部品１００のような、より付加価値の高いものとすることができる。
　具体的には、図１０に示す例では、多孔質セラミックスから成るフィルタ部２は、気孔の大きさ、気孔径が異なる３種類のフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃを有している。図１０に示す例においては、相対的に気孔径の大きい第１のフィルタ部２ａと気孔径の小さい第３のフィルタ部２ｃとこれらの中間の気孔径の第２のフィルタ部２ｂとを有している。
　気孔径が異なる複数のフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃを有していることから、それぞれのフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃで捕集される粒子状物質は、それぞれ互いに平均粒径が異なるものとなる。そのため、気孔径が異なる複数のフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃのそれぞれを挟む電極３で検出される静電容量から捕集された粒子状物質の粒度分布が分かり、例えば、粒子状物質を含む排気ガスを排出するエンジンにおける燃焼状態や、粒子状物質の測定装置用部品１００の上流に位置するＰＭフィルタの状態を推測することができる。
　また、図１０に示す例においては、気孔径が異なる複数のフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃは気孔径の大きさの順に配列されている。具体的には、図１０に示す例では、フィルタ部２は図面の左右方向（ｘ軸方向）で３列の空間（流路１１）が配列されており、左側の列には第１のフィルタ部２ａが配置され、中央の列には第２のフィルタ部２ｂが配置され、右側の列には第３のフィルタ部２ｃが配置されている。すなわち、各列で同じ気孔径のフィルタ部２が上下方向（ｚ軸方向）に一列に配置されている。このように配列すると、同じ気孔径のフィルタ部２を挟む電極３を並べて配置することができ、これらを図４に示す例のように１つにまとめることができる。
　フィルタ部２の気孔径の大きさの種類は３つに限られず、２つでもよいし４つ以上であってもよい。また、図１０に示す例においては、同じ気孔径のフィルタ部２は縦方向（ｚ軸方向）に一列に配列されているが、横方向（ｘ軸方向）に一列に配列してもよい。ランダムに配列してもよいが、上記のように一列に配列してもよい。
　なお、ここでいう気孔径は平均気孔径である。気孔径は、フィルタ部２の表面または断面のＳＥＭ画像を撮影し、画像解析によってこのＳＥＭ画像の範囲内の気孔について平均気孔径を算出すればよい。ＳＥＭの倍率は１００倍で、１．０ｍｍ×１．３ｍｍの視野のＳＥＭ画像を用いて行なえばよい。
　フィルタ部２の気孔径は１μｍ～６０μｍであり、フィルタ部２が上記の例のように気孔径の異なる３種類のフィルタ部２ａ，２ｂ，２ｃを有する場合であれば、例えば、第１のフィルタ部２ａの気孔径は１０μｍ～６０μｍ、第２のフィルタ部２ｂの気孔径は５μｍ～３０μｍ、第３のフィルタ部２ｃの気孔径１μｍ～１５μｍとすればよい。
　また、図１１および図１２に示す例では、多孔質セラミックスから成るフィルタ部２は、気孔率が異なる２種類のフィルタ部２ｄ,２ｅを有している。図１１および図１２に示す例においては、相対的に気孔率の大きい第４のフィルタ部２ｄと気孔率の小さい第５のフィルタ部２ｅとを有している。そして、流路１１の長さ方向に垂直な断面視において、外側に位置するフィルタ部２の気孔率が、内側に位置するフィルタ部２の気孔率より大きい。流路１１の長さ方向に垂直な断面視において、外側に第４のフィルタ部２ｄが配置され、内側に第５のフィルタ部２ｅが配置されている。
　なお、ここでいう「外側に位置する」とは、図１１に示すように上下方向における外側であってもよい。また、「外側に位置する」とは、図１２に示すように、流路空間１０の幅方向における外側であってもよい。また、「外側に位置する」とは、上下方向および幅方向の全体における外側であってもよい。
　図１１に示す例においては、上下方向（ｚ軸方向）の外側に第４のフィルタ部２ｄが配置され、内側に第５のフィルタ部２ｅが配置されている。図面の左右方向（ｘ軸方向）に３列の空間（流路１１）が配列されており、それぞれの空間（流路１１）に６つのフィルタ部２が上下方向（ｚ軸方向）に配列されている。それぞれの空間における上の２つおよび下の２つが第４のフィルタ部２ｄであり、それぞれの空間における中央の２つが第５のフィルタ部２ｅである。図１２に示す例においては、図面の左右方向（ｘ軸方向）の外側に第４のフィルタ部２ｄが配置され、内側に第５のフィルタ部２ｅが配置されている。左右方向（ｘ軸方向）に３列の空間（流路１１）が配列されており、それぞれの空間に上下方向（ｚ軸方向）に４つのフィルタ部２が配置されている。この３つの空間のうち、左右の空間内に位置するそれぞれの４つが第４のフィルタ部２ｄであり、中央の空間に位置する４つが第５のフィルタ部２ｅである。
　粒子状物質を含むガスが粒子状物質の測定装置用部品１００内の空間（流路１１）を流れる際には、空間の中心部（流路１１の長さ方向に垂直な断面視における内側の領域）を流れるガスの流量が、空間の外周部（流路１１の長さ方向に垂直な断面視における外側の領域）を流れるガスの流量より大きくなる傾向がある。そのため、内側のフィルタ部２の方が外側のフィルタ部２より多くの粒子状物質を捕集することになり、粒子状物質の詰まりも早くなってしまう。粒子状物質の詰まりが早いと、ヒータ加熱で粒子状物質を除去する再生を行なう頻度が高くなるので、粒子状物質の測定装置用部品１００の劣化も早くなってしまう。これに対して、上記のように、流路１１の長さ方向に垂直な断面視において、外側に位置するフィルタ部２（第４のフィルタ部２ｄ）の気孔率が、内側に位置するフィルタ部２（第５のフィルタ部２ｅ）の気孔率より大きいと、気孔率の大きいフィルタ部２（第４のフィルタ部２ｄ）の方にガスが流れやすくなり、流路１１の長さ方向に垂直な断面における、位置によるガス流量差が小さくなる。そのため、内側のフィルタ部２だけが早く粒子状物質により詰まってしまうことがないので、長時間の連続した粒子状物質の捕集が可能で、長寿命な粒子状物質の測定装置用部品１００となる。
　図１１および図１２においては、それぞれ上下方向の外側、左右方向の外側に位置するフィルタ部２（第４のフィルタ部２ｄ）の気孔率が、内側に位置するフィルタ部２（第５のフィルタ部２ｅ）の気孔率より大きいものであるが、これらを組みわせた、上下左右方向の外側、断面における外周部に位置するフィルタ部２の気孔率が、上下左右方向の内側、断面における中心部に位置するフィルタ部２の気孔率より大きいものであってもよい。基部１とフィルタ部２とが左右方向（ｘ軸方向）に交互に配置されている場合であれば、図１２に示す例のように、左右方向（ｘ軸方向）の外側に第４のフィルタ部２ｄが配置され、内側に第５のフィルタ部２ｅが配置されている構造が、後述するような製造方法で容易に製造することができるのでよい。
　フィルタ部２の気孔率を比較するための、気孔率の測定方法としては、例えば、水銀圧入法（ＪＩＳ規格Ｒ１６５５：２００３）、ＳＥＭ画像の画像解析などが挙げられる。ＳＥＭ画像の画像解析は、フィルタ部２の断面のＳＥＭ画像を撮影し、画像解析によってこのＳＥＭ画像の範囲内における気孔の面積率を算出することで行なうことができる。例えば、ＳＥＭの倍率は１００倍で、１．０ｍｍ×１．３ｍｍの視野のＳＥＭ画像を用いて行なえばよい。
　フィルタ部２の気孔率が４０～７０％である場合には、相対的に気孔率の大きいフィルタ部２ｄおよび気孔率の小さいフィルタ部２ｅのそれぞれの気孔率は、５０～７０％および４０～６０％とすればよい。
　以上の粒子状物質の測定装置用部品１００は、流路１１は、基部１の１つの側面からこれに対向する位置にある側面にかけて延びている例で説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１４に示す例のように、流路１１は、その一端が基部１の１つの側面に開口するとともに、他端が基部１の一端に位置する面（下面）に開口していてもよい。あるいは、基部１の対向する２つの側面と基部１の一端部に位置する面（下面）とに開口していてもよい。
　また、主面が対向するように並置された一対の基部１と、一対の基部１の間の空間を区切って流路１１を形成するように設けられたフィルタ部２とを備える粒子状物質の測定装置用部品１００の例として、図８に示す例は、基部１とフィルタ部２とが横方向（ｘ軸方向）に交互に配置されている例であるが、図１３に示す例のように、基部１とフィルタ部２とが縦方向（ｚ軸方向）に交互に配置されていてもよい。このときの保持部１ａは第２の基部１ｂを有していない。最も外側（上側）に位置する基部１の厚みが厚く、この部分が保持部１ａとなっている。図１に示す例における、基部１における流路１１の外側に位置する部分、流路１１の外壁をフィルタ部２に置き換えたものと同様である。
　以上のような、セラミックスから成る緻密な基部１と多孔質セラミックスから成るフィルタ部２とが一体的に形成されている粒子状物質の測定装置用部品１００の製造方法は、例えば、複数の第１のセラミックグリーンシート１２を準備する工程と、複数の第２のセラミックグリーンシート２２を準備する工程と、第１のセラミックグリーンシート１２に電極層３２を形成する工程と、第２のセラミックグリーンシート２２に貫通孔１１２を形成する工程と、電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２と貫通孔１１２が形成された第２のセラミックグリーンシート２２を積層して積層体１０２を形成する工程と、積層体１０２を焼成する工程とを備える。
　図１５は、粒子状物質の測定装置用部品の製造方法を工程毎に示す模式図である。図１５は、図８に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００において、基部１を６つから３つにし、一対の基部１の間に配置されたフィルタ部２を４つから６つにしたものを製造する工程を示すものである。まず、図１５（ａ）に示す例のように、複数の第１のセラミックグリーンシート１２、複数の第２のセラミックグリーンシート２２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂを準備する。第１のセラミックグリーンシート１２は、後の焼成工程において焼結して基部１となる部分であり、第２のセラミックグリーンシート２２は、同様にフィルタ部２となる部分であり、第３のセラミックグリーンシート１２ｂは、第２の基部２ｂとなる部分である。緻密なセラミックスから成る基部１および第２の基部１ｂに対して、フィルタ部２は多孔質セラミックスから成るものである。そのため第２のセラミックグリーンシート２２は、第１のセラミックグリーンシート１２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂに対して、後の焼成工程において焼結した際に気孔が多くなる（気孔率が大きくなる）ものである。具体的には、第２のセラミックグリーンシート２２は、第１のセラミックグリーンシート１２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂと比較して、焼成工程において焼結する際に、気孔となる成分を多く含むものである。具体的には、有機バインダ成分が多いもの、造孔材を含んでいるものなどである。あるいは、焼結性を低下させて気孔を増やすために、焼結助剤成分が少ないものである。
　気孔径や気孔率の調整が容易である点で、造孔材を用いるのがよい。造孔材は、後の焼成工程において焼失する粒子状のものである。造孔材としては、例えば、アクリル樹脂ビーズ（メタクリル酸エステル系共重合物）、カーボン粉末、結晶セルロースが挙げられる。造孔材の粒径は、フィルタ部２の気孔径の１倍～１．２倍のものを用いればよい。上記したような、気孔径が１μｍ～６０μｍのフィルタ部２を作製する場合であれば、平均粒径が１μｍ～７２μｍの造孔材を用いればよい。気孔率の調整は、造孔材の粒径と量によって調整することができる。
　第１のセラミックグリーンシート１２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂは、基部１がアルミナ質セラミックスから成る場合であれば、まず、アルミナ粉末および焼結助剤（ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯ等の粉末）にアクリル系樹脂などの有機バインダ，トルエンやアセトン等の有機溶剤や水などの溶媒を混合してスラリーを作製する。このスラリーを用いてドクターブレード法等の成膜方法によってシート状にすればよい。図１５に示す例では第１のセラミックグリーンシート１２と第３のセラミックグリーンシート１２ｂとでは厚みが異なるが、同じ厚みでもよい。第１のセラミックグリーンシート１２と第３のセラミックグリーンシート１２ｂとでは大きさが異なり、第３のセラミックグリーンシート１２ｂの方が小さい。第２のセラミックグリーンシート２２は、第１のセラミックグリーンシート１２用のスラリーに造孔材を加えたスラリーを作製すればよい。第２のセラミックグリーンシート２２は、第１のセラミックグリーンシート１２に対して造孔材を含むものとなる。第２のセラミックグリーンシート２２もまた第１のセラミックグリーンシート１２より小さい。第２のセラミックグリーンシート２２と第３のセラミックグリーンシート１２ｂとを並べた大きさが第１のセラミックグリーンシート１２と同程度となる。
　フィルタ部２が気孔径の異なるものを有する場合は、例えば、第２のセラミックグリーンシート２２用のスラリーに加える造孔材として、平均粒径が互いに異なるものを用いて、含まれる造孔材の平均粒径が異なる、複数種の第２のセラミックグリーンシート２２を作製すればよい。フィルタ部２が気孔率の異なるものを有する場合は、例えば、第２のセラミックグリーンシート２２用のスラリーに加える造孔材量を互いに異ならせて、含まれる造孔材の平均粒径が異なる、複数種の第２のセラミックグリーンシート２２を作製すればよい。
　次に、図１５（ｂ）に示す例のように、第１のセラミックグリーンシート１２に電極層３２を形成する。電極層３２は後の焼成工程において焼結して電極３となるものである。電極層３２の形成は、電極３の主成分となる白金またはタングステン等の金属材料を主成分とする金属ペーストを第１のセラミックグリーンシート１２上に塗布することで行なえばよい。金属ペーストは、金属材料の粉末に樹脂バインダおよび溶媒を加えて混練して作製することができる。金属ペーストをスクリーン印刷法等により、電極３の配線パターン形状に塗布すればよい。このとき、第１のセラミックグリーンシート１２の面のうち片側だけに電極層３２を形成する。
　また、図１５（ｃ）に示す例のように、第２のセラミックグリーンシート２２に貫通孔１１２を形成する。貫通孔１１２は流路１１となる部分である。第２のセラミックグリーンシート２２に、金型を用いた打ち抜き加工やレーザー加工によって貫通孔１１２を形成すればよい。
　次に、図１５（ｄ）に示す例のように、電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２と貫通孔１１２が形成された第２のセラミックグリーンシート２２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂとを積層して積層体１０２を形成する。図１５（ｄ）に示す例では、３つの基体１となる部分はそれぞれ２層の第１のセラミックグリーンシート１２が積層されて形成され、フィルタ部２となる部分は２層の第２のセラミックグリーンシート２２が積層されて形成されている。いずれも、１層や３層以上のセラミックグリーンシートを用いても構わない。また、第２のセラミックグリーンシート２２と第３のセラミックグリーンシート１２ｂとは平面方向に接して並べられ、その上下に第１のセラミックグリーンシート１２が重ねられている。第１のセラミックグリーンシート１２、第２のセラミックグリーンシート２２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂが互いに重なった部分が、保持部１ａとなる部分１２ａである。
　図１５（ｄ）に示す例は、図８に示す例のような電極３が基部１に埋設された粒子状物質の測定装置用部品１００を作製する場合の積層体１０２であるので、電極層３２は２層の第１のセラミックグリーンシート１２の層間に位置している。電極層３２を形成した第１のセラミックグリーンシート１２の上に電極層３２を形成していない第１のセラミックグリーンシート１２を積層している。
　図２に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００を作製する場合には、電極層３２を形成した第１のセラミックグリーンシート１２の上に電極層３２を形成していない第１のセラミックグリーンシート１２を重ねた上に、第２のセラミックグリーンシート２２のフィルタ部２となる部分のみを重ね、さらにその周りを囲むように枠状の第１のセラミックグリーンシート１２を重ねればよい。
　上記した、図８に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００の最も下に位置するフィルタ部２の外（下）にフィルタ部２に接する基部１を側壁として設けた構造の場合は、図１５（ｄ）に示すような積層体１０２の側面にさらに第１のセラミックグリーンシート１２を貼り付ければよい。
　積層体１０２を形成するには、電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２と貫通孔１１２が形成された第２のセラミックグリーンシート２２とを重ねて、一軸加圧プレス等で加圧して圧着することで一体化させればよい。
　貫通孔１１２に後の焼成工程で焼失する樹脂等を充填しておくと、第１のセラミックグリーンシート１２における貫通孔の上下に位置する部分の変形を抑えることができる。
　そして、積層体１０２を焼成することで、上記のような、セラミックスから成る緻密な基部１と多孔質セラミックスから成るフィルタ部２とが一体的に形成されている粒子状物質の測定装置用部品１００となる。焼成温度は、基部１およびフィルタ部２がアルミナ質セラミックスから成る場合であれば、１５００℃～１６００℃とすればよい。
　図１３に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００を製造するには、図１６に示すような製造方法を用いればよい。図１５に示す製造方法の例に対して、図１６に示す例では、図１６（ａ）のように、第２の基部２ｂとなる第３のセラミックグリーンシート１２ｂを用いない。また、第１のセラミックグリーンシート１２と第２のセラミックグリーンシート２２とは同程度の大きさである。
　図１６（ｂ）に示す第１のセラミックグリーンシート１２に電極層３２を形成する工程、および図１６（ｃ）に示す第２のセラミックグリーンシート２２に貫通孔１１２を形成する工程は、それぞれ図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に示す工程と同様である。積層体１０２を焼成する工程も同様である。
　図１６（ｄ）に示す、電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２と貫通孔１１２が形成された第２のセラミックグリーンシート２２を積層して積層体１０２を形成する工程においては、最上に位置する電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２の上に、さらに多数の第１のセラミックグリーンシート１２を積層している。この多数の第１のセラミックグリーンシート１２が重なった部分が、保持部１ａとなる部分１２ａである。この部分の第１のセラミックグリーンシート１２は、第２のセラミックグリーンシート２２に接する位置にあるものより厚いものを用いるとよい。
　なお、図１６における最外に位置する第２のセラミックグリーンシート２２の部分を第１のセラミックグリーンシート１２に置き換えれば、図２に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００を製造することができる。第２のセラミックグリーンシート２２を第１のセラミックグリーンシート１２より一回り小さくし、第２のセラミックグリーンシート２２を囲むように枠状の第１のセラミックグリーンシート１２を配置すればよい。
　貫通導体を形成するには、積層体１０２を作製する工程の前に、必要なセラミックグリーンシートに金型を用いた打ち抜き加工やレーザー加工によって貫通孔を形成し、この貫通孔に電極層３２を形成するのと同様の導体ペーストを充填しておけばよい。
１：基部
１ａ：保持部
１ｂ：第２の基部
１１：流路
１２：分割流路
２：フィルタ部
３：電極
４：封止部
１００：粒子状物質の測定装置用部品

Claims (12)

  1. 　セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、
    前記流路は前記基部の一端部側に設けられており、前記基部の他端部側には保持部が設けられている粒子状物質の測定装置用部品。
  2. 　セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、
    前記基部は前記流路の長さ方向に垂直な高さ方向を有しており、前記基部を高さ方向に２分したときに、前記流路は前記２分された基部の一方にのみ設けられている粒子状物質の測定装置用部品。
  3. 　セラミックスから成る板状の部材であって主面が対向するように並置された一対の基部と、該一対の基部の間の空間を区切って流路を形成するように設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記一対の基部にそれぞれ設けられており前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、
    前記流路は前記一対の基部の一端部側に設けられており、前記一対の基部の他端部側には保持部が設けられている粒子状物質の測定装置用部品。
  4. 　前記基体の前記他端部側における前記空間には、セラミックスから成る第２の基部が配置されている請求項３に記載の粒子状物質の測定装置用部品。
  5. 　前記電極が前記基部に埋設されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
  6. 　前記基部および前記フィルタ部が一体的に形成されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
  7. 　前記基部および前記フィルタ部が同じセラミックスから成る請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
  8. 　前記基部および前記フィルタ部がアルミナから成る請求項７に記載の粒子状物質の測定装置用部品。
  9. 　前記電極が、線状の配線パターンを有するとともに、前記フィルタ部に沿って設けられている請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
  10. 　前記電極が線状の配線パターンを有するとともに、前記基部のうち前記フィルタ部を挟む領域および前記フィルタ部を挟まない領域に設けられており、平面視したときに、前記電極のうち前記フィルタ部を挟まない領域に位置する部分が、前記フィルタ部を挟む領域に位置する部分よりも幅が狭くなっている請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
  11. 　互いに気孔径が異なる複数の前記フィルタ部を有している請求項１乃至１０のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
  12. 　前記流路の長さ方向に垂直な断面視において、外側に位置する前記フィルタ部の気孔率が、内側に位置する前記フィルタ部の気孔率より大きい請求項１乃至１０のいずれかにの粒子状物質の測定装置用部品。
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