特許 6970108 導電性及び／又は分極性粒子を検出するセンサ、センサシステム、センサを作動させる方法、このタイプのセンサを製造する方法及びこのタイプのセンサの使用

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6970108

(24)【登録日】2021年11月1日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】導電性及び／又は分極性粒子を検出するセンサ、センサシステム、センサを作動させる方法、このタイプのセンサを製造する方法及びこのタイプのセンサの使用

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/04 20060101AFI20211111BHJP

   G01N 27/02 20060101ALI20211111BHJP

   G01N 27/22 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/04 E

   G01N27/02 Z

   G01N27/22 A

【請求項の数】16

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2018-546808(P2018-546808)

(86)(22)【出願日】2017年4月27日

(65)【公表番号】特表2019-507880(P2019-507880A)

(43)【公表日】2019年3月22日

(86)【国際出願番号】EP2017060037

(87)【国際公開番号】WO2017186840

(87)【国際公開日】20171102

【審査請求日】2018年9月6日

(31)【優先権主張番号】102016107888.3

(32)【優先日】2016年4月28日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】516311238

【氏名又は名称】ヘレウス ネクセンソス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100119987

【弁理士】

【氏名又は名称】伊坪 公一

(72)【発明者】

【氏名】ティム アスムス

(72)【発明者】

【氏名】カールハインツ ビーナント

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン ディートマン

(72)【発明者】

【氏名】マルティン クンツ

【審査官】 田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０５１７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４１３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０３−５０５７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２５１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２７９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１５０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６８１１６６３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１２−０９３２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１５２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９０／０１２３１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／０７４９２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１３５４０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６４７１８３８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１４２１２８５８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１４２１１５３３（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ２７／００−Ｇ０１Ｎ２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

煤粒子を検出するセンサ（１０）であって、基板（１１）を備えるセンサ（１０）において、
少なくとも一つの電極層（３１，３２）及び／又は少なくとも一つの絶縁体（２０，２１）に、検出される粒子（３０，３０’）が到達できる少なくとも一つの開口（２５，２６，３５，３６）が形成されるように、第１のレベル（Ｅ１）の第１の絶縁体（２０）と、第２のレベル（Ｅ２）の第１の電極層（３１）であって、前記第１の電極層（３１）が、少なくとも二つの電極（４０，４０’）、少なくとも二つの配線（３８，３９）又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せから構成された、第１の電極層（３１）と、第３のレベル（Ｅ３）の第２の絶縁体（２１）と、第４のレベル（Ｅ４）の第２の電極層（３２）であって、前記第２の電極層（３２）が、少なくとも二つの電極（４１，４１’）、少なくとも二つの配線（３８，３９）又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せから構成された、第２の電極層（３２）と、が前記基板（１１）の少なくとも一方の側に直接的又は間接的に配置され、
少なくとも一つの電極層（３１，３２，３３）は、少なくとも二つの交互に配置された温度検知層として用いられる電極（４０，４０’，４１，４１’，４２，４２’）、少なくとも一部の領域において交互に配置された若しくは互いに平行に延在する加熱のために用いられる少なくとも二つの配線（３８，３９）又は交互に配置された温度検知層として用いられる少なくとも一つの電極と加熱のために用いられる少なくとも一つの配線の組合せを有することを特徴とするセンサ（１０）。

【請求項2】

検出される粒子（３０，３０’）が到達できる少なくとも二つのレベル（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）の重複する開口（２５，２６，２７，２８，３６，３６，３７）を、電極（４０，４０’，４１，４１’，４２，４２’）及び／又は配線（３８，３９）の間に形成したことを特徴とする請求項１に記載のセンサ（１０）。

【請求項3】

第５のレベル（Ｅ５）の第３の絶縁体（２２）と、第６のレベル（Ｅ６）の第３の電極層（３３）であって、前記第３の電極層（３３）が、少なくとも二つの電極（４２，４２’）、少なくとも二つの配線（３８，３９）又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せから構成された、第３の電極層（３３）と、第７のレベル（Ｅ７）の第４の絶縁体（２３）と、が前記基板（１１）の少なくとも一方の側に直接的又は間接的に更に配置されたことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。

【請求項4】

開口（２５，２６，２７，２８，３５，３６，３７）の領域の前記基板（１１）を被覆する導電層（１３）を、前記基板（１１）と第１の絶縁体（２０）の間に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。

【請求項5】

少なくとも一つの配線を、前記基板（１１）と第１の絶縁体（２０）の間に及び／又は前記基板（１１）の他の側に及び／又は偶数番号のレベル（Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６）で形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。

【請求項6】

少なくとも一つの電極（４０，４０’，４１，４１’，４２，４２’）及び／又は少なくとも一つの配線（３８，３９）を、導電材料から形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。

【請求項7】

セラミック及び／又はガラス及び／又は金属酸化物又はその組合せから形成されている少なくとも一つの被覆層を、第１の絶縁体（２０）から見て外方に向く、少なくとも二つの電極（４２，４２’）、少なくとも二つの配線（３８，３９）又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せから構成された最上部の電極層（３３）の側に形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。

【請求項8】

少なくとも一つの開口（１５，１５’）を止まり穴として形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。

【請求項9】

少なくとも一つの開口（１５，１５’）を長手方向の窪みとして形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。

【請求項10】

少なくとも一つの請求項１〜９のいずれか一項に記載のセンサ（１０）と、前記センサ（１０）を測定モード及び／又はクリーニングモード及び／又は監視モードで動作できるように設計された少なくとも一つの回路と、を備えるセンサシステム。

【請求項11】

請求項１〜９のいずれか一項に記載のセンサ（１０）を制御する方法において、前記センサ（１０）を測定モード及び／又はクリーニングモード及び／又は監視モードで動作させることを特徴とする方法。

【請求項12】

前記測定モードにおいて、前記センサのレベルの電極及び／又は配線の間の電気抵抗の変化及び／又は前記センサのレベルの電極及び／又は配線の容量の変化を測定することを特徴とする請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

煤粒子を検出する請求項１〜９のいずれか一項に記載のセンサ（１０）の使用。

【請求項14】

粒子（３０，３０’）の流れ方向（ａ）は、少なくとも二つの電極（４０，４０’，４１，４１’，４２，４２’）、少なくとも二つの配線（３８，３９）又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せから構成された電極層（３１，３２，３３）の面（ｘ，ｙ）に直角とならないことを特徴とする請求項１３に記載の使用。

【請求項15】

少なくとも二つの電極（４０，４０’，４１，４１’，４２，４２’）、少なくとも二つの配線（３８，３９）又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せから構成された最上部の電極層（３３）の面（ｘ，ｙ）の法線（ｚ）と粒子（３０，３０’）の流れ方向（ａ）の間の角度（α）は、少なくとも１°であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の使用。

【請求項16】

粒子（３０，３０’）の流れ方向（ａ）と電極（４０，４０’，４１，４１’，４２，４２’）又は配線（３８，３９）の長手方向に平行な軸（ｘ）の間の角度（β）は、２０°と９０°の間であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導電性及び／又は分極性粒子を検出する、特に、煤粒子を検出するセンサに関する。また、本発明は、センサシステム、センサを作動させる方法、導電性及び／又は分極性粒子を検出するセンサを製造する方法及びこのタイプのセンサの使用に関する。

【背景技術】

【0002】

センサ支持体を有するとともに電極及び加熱構造が平面配置でこのセンサ支持体に配置されるセンサが従来知られている。検出動作において、分極性及び／又は導電性粒子がこの平面配置に堆積される。堆積した粒子によって電極間の抵抗の減少が生じ、このような抵抗の降下は、堆積した粒子の重量の測定として用いられる。抵抗の予め規定されたしきい値に到達すると、センサ配置は、加熱構造によって加熱され、これによって堆積された粒子が焼き尽くされ、クリーニング工程後、センサを別の検出サイクルで用いることができる。

【0003】

ドイツ国特許出願公開第１０２００５０２９２１９号明細書において、電極、ヒータ及び温度センサを平面配置のセンサ支持体に設けた、内燃機関の排ガス流の粒子を検出するセンサが記載されている。このセンサ配置の一つの欠点は、ブリッジされる電極が煤のような導電性及び分極性粒子を測定するときに許容しうる感度範囲に到達できるようにするために最小長を有する必要があることである。しかしながら、最小長のブリッジされる電極を実現するために所定の寸法のセンサ素子が必要となる。これは、これらのセンサ素子の製造の対応する費用における不利が伴う。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、上述した欠点を解消することができるように寸法を最小にした、導電性及び／又は分極性粒子を検出する、特に、煤粒子を検出する更に進歩したセンサを特定することである。

【0005】

また、本発明の目的は、センサシステム、センサを作動させる方法及びそのようなセンサの使用の改善を特定することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、この目的は、請求項１による導電性及び／又は分極性粒子を検出する、特に、煤粒子を検出する本発明によるセンサによって達成される。センサシステムに関して、目的は、請求項１２の特徴によって達成される。本発明のセンサを作動させる方法に関して、目的は、請求項１３の特徴によって達成される。センサの使用に関して、目的は、請求項１５の特徴によって達成される。

【0007】

本発明によるセンサ、本発明によるセンサを作動させる方法及び本発明によるセンサの使用の有利かつ適切な改良は、従属項で特定される。

【0008】

本発明に内在する概念は、導電性及び／又は分極性粒子を検出する、特に、煤粒子を検出するセンサであって、基板を備えるセンサにおいて、少なくとも一つの構造化された電極層及び／又は一つの構造化された絶縁体に、検出される粒子が到達できる少なくとも一つの開口が形成されるように、第１のレベルの第１の構造化された絶縁体、第２のレベルの第１の構造化された電極層、第３のレベルの第２の構造化された絶縁体及び第４のレベルの第２の構造化された電極層が基板の少なくとも一方の側に直接的又は間接的に配置され、電極層がそれぞれ、少なくとも二つの電極、少なくとも二つの配線又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せを有することを特徴とするセンサを特定することである。

【0009】

換言すれば、少なくとも一つの第１の構造化された電極層及び一つの第２の構造化された電極層を水平方向に配置するとともに少なくとも一つの構造化された絶縁体を二つの構造化された電極層の間に配置したセンサを設ける。少なくとも一つの第１の構造化された絶縁体は、基板と第２のレベルの第１の構造化された電極層の間に配置される。

【0010】

一般的には、基板は、他の表面より著しく大きい少なくとも二つの表面を有するような平面形状となるように設計される。しかしながら、他の形状も可能であり、例えば、全ての表面が略同一サイズ（立方体、４面体等）である又は一つの表面のみが他の表面より大きい（例えば、円柱又は半球）。電極層又は絶縁層は、表面の少なくとも一つに設けられるが、複数の表面を被覆することもできる。基板の厚さは、数ｍｍであってもよく、好適には、０．２ｍｍから０．５ｍｍまでの範囲であり、特に好適には、０．３ｍｍから０．４ｍｍまでの範囲である。

【0011】

基板を絶縁材料、導電材料又は半導体材料で構成することができる。例えば、金属酸化物、ガラス、セラミックス及び／又はガラスセラミックスを絶縁材料として用いることができる。用いられる材料は、好適には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２又はＭｇＯである。用いられる導電材料は、動作温度より高い融点を有する金属、合金又は導電性セラミックスである。ニッケル又はニッケル−鉄合金、アルミニウム、アルミニウム−クロム合金は、導電材料として好適に用いられる。ケイ素又は炭化ケイ素のような材料は、半導体として適している。

【0012】

金属又は半導体を基板として用いる場合、一つの電極層を省略することができ、センサの全体の厚さを低減することができる。これは、追加の層を基板の両側に設けるときに特に有利である。金属基板を配線として実現することができるとともに金属基板を加熱導体又は温度センサとして用いることができる。このために、好適には絶縁層の製造中に配線の間のスペースに絶縁層を充填するとともに配線部を互いに絶縁する。

【0013】

センサは、基板が他の構造化された電極層及び他の構造化された絶縁体を有することができるように五つ以上のレベルを有することができる。換言すれば、奇数番号のレベルが構造化された絶縁体を有し、偶数番号のレベルが構造化された電極層を有する。三つ以上の構造化された電極層を形成する場合、センサは、好適には、一つの構造化された絶縁体が二つの構造化された電極層の間に常に形成されるように常に設計される。レベルの番号を基板又は基板の一つの側から数える。

【0014】

構造化された電極層は、重なり合うように配置され、特に、重なり合うように堆積され、構造化された電極層は、少なくとも一つの構造化された絶縁体によってその都度互いに離間される。

【0015】

本発明によるセンサは、例えば、少なくとも三つの構造化された電極層と、少なくとも三つの構造化された絶縁体と、を備えることができ、一つの絶縁体は、常に、二つの構造化された電極層の間に形成される。第１の構造化された絶縁体は、好適には、基板の一つの側に形成される。

【0016】

構造化された絶縁体を、並んで及び／又は重なり合って配置することができる二つ以上の副層によって構成することができる。構造化された絶縁体の二つ以上の副層を、異なる材料から構成することができる及び／又は異なる材料を含むことができる。

【0017】

構造化された電極層を、少なくとも二つの電極、少なくとも二つの配線又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線との組合せによって構成することができる。したがって、電極層は、三つの電極層、三つの配線又は二つの電極と一つの配線の組合せを有することもできる。さらに、種々の電極層を異なるようにそれぞれ構成することができる。換言すれば、少なくとも二つの電極層を、異なる数の電極及び／又は配線から形成することができる。

【0018】

少なくとも一つの電極層は、好適には、少なくとも二つの交互に配置された電極、少なくとも一部の領域において交互に配置された若しくは互いに平行に延在する少なくとも二つの配線又は交互に配置された若しくは織り交ぜられた少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せを有する。したがって、「交互に配置された」は、「互いに織り交ぜられた」、「互いに入れ子にされた」、「互いにつながりを持たせた」又は「互いに組み合わされた」と言うこともできる。

【0019】

用いられる個別の電極層は、異なる構造を有することができる。

【0020】

電極層を、互いに越えるように形成することもできる。

【0021】

換言すれば、本発明によるセンサは、少なくとも二つの絶縁体及び少なくとも二つの構造化された電極層を備える層複合物を有することができる。

【0022】

さらに、検出される粒子が到達できる少なくとも二つのレベルの重複する開口を、電極及び／又は配線の間に形成することができる。換言すれば、基板の複数の層、特に、複数の構造化された電極層及び／又は複数の構造化された絶縁体は、互いに重なり合って配置された開口を有し、粒子は、更に下に配置された構造化された電極層の開口を通過することができる。開口は、基板も貫通するとともに他の側の他の電極及び絶縁層（レベル）の開口に併合することができる。開口は、一般的には、複数のレベルに亘って延在する通路が製造されるように互いに重なり合って配置される。しかしながら、開口を、部分的に重なり合うように又は全く重なり合わないようにセンサの少なくとも一部に配置することもできる。

【0023】

好適には、少なくとも一つの電極層の開口は、この電極層の縁領域から離間され、少なくとも一つの絶縁体の開口は、絶縁体の縁領域から離間される。したがって、開口は、好適には、境界層又は関連の層の外側縁に形成されない。

【0024】

第１の構造化された電極層及び第２の構造化された電極層は、その間に配置された第２の構造化された絶縁体によって互いに絶縁される。そのような設計の結果、従来のセンサに比べて外形寸法が小さい非常に感度の高いセンサを形成することができる。

【0025】

本発明の別の実施の形態において、第３の構造化された絶縁体を第５のレベルで形成することができる。

【0026】

さらに、第３の構造化された絶縁体を第５のレベルで形成するとともに少なくとも二つの電極、少なくとも二つの配線又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せを有する第３の構造化された電極層を第６のレベルで形成することができる。

【0027】

第５のレベル及び／又は第６のレベルの構造に加えて、他の構造化された絶縁体及び他の構造化された電極層を他のレベルで形成することができ、電極層はそれぞれ、少なくとも二つの電極、少なくとも二つの配線又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せを有することができる。

【0028】

構造化された絶縁体は、少なくとも一部の区域の上に配置される構造化された電極層、特に、少なくとも一部の区域の上に配置される電極及び／又は配線の構造を有することができる。さらに、構造化された絶縁体は、少なくとも一部の区域の下に配置される構造化された電極層、特に、少なくとも一部の区域の下に配置される電極及び／又は配線の構造を有することができる。

【0029】

特に開口のエリアの基板を被覆する導電層、特に、平面金属層を、基板と第１の構造化された絶縁体の間又は基板と第１の構造化された絶縁体の第１のレベルの間に構成することができる。平面形状であるが好適には開口又は通路を有しない金属層を構成することができる。

【0030】

少なくとも一つの構造化された絶縁体は、０．１μｍから５０μｍまでの厚さ、特に、１．０μｍから４０μｍまでの厚さ、特に、５．０μｍから３０μｍまでの厚さ、特に、７．５μｍから２０μｍまでの厚さ、特に、８μｍから１２μｍまでの厚さを有することができる。構造化された絶縁体の厚さを変えることによって、第１の電極層から他の電極層までの距離を調整することができる。センサの感度を、重なり合って配置される構造化された電極層の間隔を減少させることによって上げることができる。設計される絶縁体の厚さが小さくなるに従ってセンサの感度が上がる。

【0031】

さらに、一つ以上の電極層の厚さ及び／又は一つ以上の絶縁体の厚さを変えることができる。

【0032】

絶縁体は異なる層厚を有することができる。したがって、電極層の間の距離を変えることができる。異なる層厚の絶縁体を用いることによって、検出される粒子のサイズを測定することができる。さらに、検出される粒子の粒径分布を絶縁体の異なる層厚に基づいて推論することができる。

【0033】

少なくとも一つの構造化された絶縁体を、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、ガラス、セラミック、ガラスセラミックス、金属酸化物又はその任意の混合物から形成することができる。

【0034】

少なくとも一つの構造化された絶縁体は、その下に配置される少なくとも一つの構造化された電極層を側面に沿って包囲することができる。換言すれば、この絶縁体は、電極層が側面に沿って絶縁されるようにこの電極層の側面を被覆することができる。

【0035】

少なくとも一つの配線を、加熱導体として基板と第１の構造化された絶縁体の間に及び／又は基板の他の側に及び／又は偶数番号のレベルで形成することができる。

【0036】

少なくとも一つの電極及び／又は少なくとも一つの配線を、導電材料、特に、金属又は合金、特に、高温耐熱金属又は高温耐熱合金、特に好適には、白金族元素の群からなる金属又は白金族元素の群からなる金属の合金から構成することができる。白金族元素は、パラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）である。ニッケル（Ｎｉ）のような卑金属又はニッケル／クロム又はニッケル／鉄のような卑金属合金を用いることもできる。

【0037】

さらに、少なくとも一つの電極及び／又は少なくとも一つの配線を、導電性セラミック又は金属とセラミックの混合物によって形成することができる。例えば、少なくとも一つの電極層をプラチナ（Ｐｔ）粒子と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）本体の混合物から形成することができる。少なくとも一つの実際の電極及び／又は少なくとも一つの配線は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含んでもよい又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構成されてもよい。上述した材料及び金属又はこれらの金属の合金は、特に高い耐熱性を有し、したがって、内燃機関の排気ガス流の煤粒子の検出に用いることができるセンサ素子を構成するのに適している。

【0038】

電極又は配線の厚さを広範囲に亘って変えることができ、１０ｎｍから１０００μｍまでの範囲の厚さを用いることができる。好適には、１００ｎｍから１００μｍまでの範囲の厚さ、特に好適には、０．６μｍから１．２μｍまでの範囲の厚さ、一層好適には、０．８μｍから０．９μｍまでの範囲の厚さを用いる。

【0039】

電極又は配線の幅を広範囲に亘って変えることができ、１０μｍから１０ｍｍまでの範囲の幅を用いることができる。好適には、３０μｍから３００μｍまでの範囲の幅、特に好適には、３０μｍから１００μｍまでの範囲の幅、一層好適には、３０μｍから４０μｍまでの範囲の幅を用いる。

【0040】

特にセラミック及び／又はガラス及び／又は金属酸化物又はその組合せから形成されている少なくとも一つの被覆層を、第１の構造化された絶縁体から見て外方に向く最上部の構造化された電極層の側に形成する。換言すれば、少なくとも一つの被覆層を、第１の構造化された絶縁体の反対側に形成した最上部の電極層の側に構成する。被覆層は、拡散障害としての役割を果たすことができ、電極層、最上部の電極層又は最も大きい偶数番号のレベルの電極層の蒸発を更に減少させる。これは、７００℃を超える高温で特に重要である。排気ガス流において、例えば、８５０℃以上の温度に到達することがある。

【0041】

本発明の他の実施の形態において、被覆層は、最上部の絶縁体及び／又は他の電極層を側面に沿って包囲することができる。換言すれば、最上部の電極層の側面及び下に存在する絶縁体の側面の両方を少なくとも一つの被覆層によって被覆することができる。したがって、被覆層の側面に沿って包囲する部分又は側面に沿って包囲する領域は、最上部の電極層から最下位の電極層まで延在することができる。これは、一つ以上の電極層及び／又は一つ以上の絶縁体の側面に沿った絶縁を提供する。

【0042】

少なくとも一つの被覆層が最上部の電極層を完全に被覆しないようにすることができる。換言すれば、少なくとも一つの被覆層が最上部の電極層の一部の区域のみを被覆することができる。

【0043】

最上部の電極層を加熱層として設計した場合、加熱ループ／加熱コイルの区域のみを少なくとも一つの被覆層によって被覆することができる。最上部の電極層は、基板から最も離間して配置される電極層として規定される。最下位の電極層は、基板に最も近接して配置される電極層として規定される。最上部の絶縁体は、基板から最も離間して配置される絶縁体として規定される。最下位の絶縁体は、基板に最も近接して配置される絶縁体として規定される。

【0044】

多孔質フィルタ層を最上部の電極層の上及び／又は被覆層の上に形成することができる。そのような多孔質フィルタ層を用いることによって、大きい粒子片を電極層及び絶縁体の配置に近づけないようにすることができる。フィルタ層の複数の孔の少なくとも一つは、適切なサイズの粒子がフィルタ層を通過できるのを保証するように設計される。フィルタ層の細孔径を、例えば、１μｍより大きくすることができる。多孔質フィルタ層を、規定した寸法の開口が存在する又は形成されたマイクロ構造層とすることもできる。

【0045】

特に好適には、細孔径を２０μｍから３０μｍまでの範囲に設計する。多孔質フィルタ層を、例えば、セラミック材料から形成することができる。多孔質フィルタ層を酸化アルミニウムフォームから構成することも考えられる。センサの一つ以上の開口も被覆するフィルタ層によって、測定を妨害する大きい粒子、特に、煤粒子を少なくとも一つの通路に近づけないようにすることができ、したがって、そのような粒子によって短絡が生じないようにすることができる。

【0046】

センサは、少なくとも一つの開口を有する。センサの少なくとも一つの開口を止まり穴として設計することができ、第１の絶縁体の区域、第１の構造化された電極層の区域又は付加的な平面形状の金属層の区域は、止まり穴の底部として形成される。センサが被覆層を有する場合、開口はこの被覆層にも延在する。換言すれば、電極層、絶縁層及び被覆層はそれぞれ開口を有し、これらの開口は、通路、特に、止まり穴又は長手方向の窪みを形成するように重なり合って配置され、その底部は、最下位の電極層の区域、最下位の絶縁体の区域又は平面形状の金属層の区域によって形成される。開口、特に、止まり穴又は長手方向の窪みの底部を、第１の絶縁体に対向する第１の電極層の上側に形成することができる。さらに、第１の電極層が止まり穴又は長手方向の窪みの底部を形成する窪みを有することも考えられる。

【0047】

センサの少なくとも一つの開口は、線形形状、曲折形状、格子形状又は螺旋形状を有することができる。

【0048】

少なくとも一つの開口、特に、少なくとも一つの長手方向の窪みは、少なくとも一部の区域においてＶ形状及び／又はＵ形状断面及び／又は半円及び／又は台形断面を有することができる。

【0049】

例えば、止まり穴の開口の断面を、円形、正方形、矩形、長円形状、ハチの巣形状、多角形、三角形又は六角形とすることができる。異なるタイプの形態、特に、自由形状も考えられる。

【0050】

例えば、止まり穴は３×３μｍ^２から１５０×１５０μｍ^２までの面積、特に、１０×１０μｍ^２から１００×１００μｍ^２までの面積、特に、１５×１５μｍ^２から５０×５０μｍ^２までの面積、特に、２０×２０μｍ^２の面積の正方形断面を有する。

【0051】

本発明の更なる拡張において、センサは、複数の通路又は開口、特に、複数の止まり穴及び／又は長手方向の窪みを有し、これらの止まり穴及び／又は長手方向の窪みを、上述したように設計することができる。さらに、少なくとも二つの通路、特に、二つの止まり穴及び／又は長手方向の窪みは、異なる断面、特に、異なるサイズの断面を有し、異なるサイズの止まり穴断面及び／又は異なるサイズの窪み断面を有する複数の測定セルを用いることができる複数の領域を有するセンサアレイを形成できるようにする。導電性及び／又は分極性粒子、特に、煤粒子の並列検出によって、粒子のサイズ又は粒子のサイズの分布についての追加情報を取得することができる。

【0052】

センサは、例えば、長手方向の窪みの形状の複数の通路を備え、通路は、グリッド状に配置される。

【0053】

少なくとも一つの通路、特に、長手方向の窪みは、少なくとも一部の区域においてＶ形状及び／又はＵ形状断面及び／又は半円及び／又は台形断面を有することができる。

【0054】

そのような断面又は断面形状は、円形粒子の測定を向上させる。さらに、これらのタイプの断面又は断面形状を用いることによってゴルフボール効果を回避することができる。

【0055】

長手方向の窪みを、トレンチ及び／又は溝及び／又はチャネルと称することもできる。

【0056】

本発明の他の実施の形態において、センサは、円形、正方形、矩形、長円形状、ハチの巣形状、多角形、三角形又は六角形である止まり穴の形状の少なくとも一つの通路と、特に線形形状、曲折形状、格子形状又は螺旋形状を有する長手方向の窪みの形状の少なくとも一つの通路と、を備えることができる。

【0057】

窪みの最上部の縁における長手方向の窪みの幅を、０．１μｍから５００μｍまでの範囲、好適には、１μｍから２００μｍまでの範囲、特に好適には、４μｍから１００μｍまでの範囲にすることができる。第１の電極層の付近の長手方向の窪みの幅を、０．１μｍから２００μｍまでの範囲、好適には、０．１μｍから１００μｍまでの範囲、特に好適には、１μｍから５０μｍまでの範囲にすることができる。長手方向の窪みの幅を変えることができ、センサの種々の区域の幅を変えることができる。これによって、測定される粒子のサイズを導き出すことができる。その理由は、例えば、大きい粒子が狭い窪みに入り込むことができないからである。

【0058】

開口又は通路の深さは、レベルの数及び層の厚さに依存する。厚さは、１００ｎｍから１０ｍｍまでの範囲、好適には、３０μｍから３００μｍまでの範囲、特に好適には、３０μｍから１００μｍまでの範囲である。開口及び通路の深さは、一般的には、センサの全ての開口に対して同一であるが、変えることもでき、センサの種々のエリアにおいて異なってもよい。

【0059】

長手方向の窪みの形状の複数の通路をセンサに形成する場合、複数の通路を、一つ以上の選択方向に向くように設計することができる。

【0060】

本発明の一実施の形態において、絶縁体の少なくとも一つの開口はアンダーカット又は凹部を形成することができる。換言すれば、絶縁体を、絶縁体の上に配置される電極層及び絶縁体の下に配置される電極層に対して後方にオフセットする又はへこませることができる。絶縁体の開口の外側凹部を、円形及び／又はＶ形状に設計することもできる。アンダーカット又は凹部がある絶縁体を経路に形成することによって、丸い粒子の測定を向上させる。本発明のそのような実施の形態において、粒子、特に、丸い粒子は、良好な電気的な接触を行うことができるように電極層、特に、電極及び／又は配線に供給される。換言すれば、少なくとも一つの絶縁体の開口を、絶縁体の上に配置される電極層及び絶縁体の下に配置される電極層の開口より大きくすることができる。

【0061】

少なくとも一つの構造化された電極層は、構造化された電極層の上に配置されるセンサ層のない電気接触表面を有することができ、電子接触表面は、端子パッドである又は端子パッドに接続させることができる。電極層を、電極層を互いに絶縁させるように端子パッドとする又は端子パッドに接続することができる。好適には、各電極層又は電極層の各電極及び／又は各配線に対して、電気接触を行うことができるようにするために端子パッドのエリアに露出した少なくとも一つの電気接触表面を形成する。最下位の電極層、すなわち、最下位の電極及び／又は最下位の配線の電気接触表面は、被覆層がなく、絶縁体がなく、他の電極層がなく、適切な場合には、多孔質フィルタ層がない。換言すれば、絶縁体の区域及び電極層の区域は、最下位の電極層すなわち最下位の電極及び／又は最下位の配線の電気接触表面の上に配置されない。

【0062】

第１の電極層に接続する接触表面に関する説明は、その上に配置される電極層にも適用され、これらの接触面は、関連する各電極層の上に配置されるセンサ層がない。

【0063】

本発明の他の実施の形態において、少なくとも第１の構造化された電極層及び／又は第２の構造化された電極層は、少なくとも第１の構造化された電極層及び／又は第２の構造化された電極層が加熱コイル及び／又は温度検知層及び／又はスクリーン電極として設計されるような配線ループを有する。一つの電極層、特に、電極層の電極及び／又は配線は、二つの電気接触表面を有することができる。これらのタイプの電極層を、加熱コイル、温度検知層及びスクリーン電極として用いることができる。電気接触表面の適切な電気接触によって、関連の電極層を、加熱のために又は温度検知層若しくはスクリーン電極として用いることができる。一つ以上の電極層のそのような設計によりコンパクトなセンサを提供することができる。その理由は、電極層、少なくとも二つの電極、少なくとも二つの配線又は関連の電極層の少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せが複数の機能を実行することができるからである。したがって、別個の加熱コイル層及び／又は温度検知層及び／又はスクリーニング電極層は必要でない。

【0064】

少なくとも一つの電極層を加熱するとき、測定される粒子及び／又はセンサ開口に存在する粒子を焼き払うことができる又は焼き尽くすことができる。

【0065】

要約すると、本発明による設計によって非常に正確な測定を行うセンサを提供することができるといえる。一つ以上の薄い絶縁層を構成することによって、センサの感度を十分に上げることができる。

【0066】

さらに、本発明によるセンサの構造を既知のセンサの構造より著しく小さくすることができる。センサを３次元空間内で設計することによって、複数の電極層及び／又は複数の絶縁体を組み合わせて小型のセンサとすることができる。さらに、センサの製造中に、著しく多いユニットをウェハの基板の上に構成することができる。

【0067】

本発明によるセンサを、気体中の粒子の検出に用いることができる。本発明によるセンサを、液体中の粒子の検出に用いることができる。本発明によるセンサを、気体中、液体中及び／又は気液混合物中の粒子の検出に用いることができる。液体中の粒子の検出のためにセンサを用いる際に、粒子の焼き尽くし又は焼き払いが常に可能でないことが確認された。しかしながら、粒子を焼き尽くすために液体を除去するとともにその後に再度の測定のためにセンサを液体に触れさせることができる。

【0068】

本発明の他の態様によれば、本発明は、センサと、センサを測定モード及び／又はクリーニングモード及び／又は監視モードで動作できるように設計された少なくとも一つの回路、特に、少なくとも一つの制御回路と、を備えるセンサシステムに関する。

【0069】

本発明によるセンサ及び／又は本発明によるセンサシステムは、少なくとも一つの補助電極を有することができる。測定される粒子がセンサ及び／又はセンサシステムによって電気的に引き付けられる又は吸い寄せられるように、補助電極と構造化された電極層の間に及び／又は補助電極とセンサシステムの構成要素、特に、センサハウジングの間に電位を付与する。好適には、そのような電圧は、粒子、特に、煤粒子がセンサの少なくとも一つの開口に「吸い寄せられる」ように少なくとも一つの補助電極及び少なくとも一つの構造化された電極層に印加される。

【0070】

本発明によるセンサは、好適には、センサハウジングに配置される。センサハウジングは、例えば、細長い菅形状を有することができる。したがって、本発明によるセンサシステムもセンサハウジングを備えることができる。

【0071】

センサ及び／又はセンサハウジングのセンサ及び／又はセンサハウジングは、センサ、特に、センサの最上部の（電極）層又は基板から最も離れた層が液体の流れ方向に対して傾斜するように設計及び／又は配置される。したがって、流れは、電極層の面に直角にならない。好適には、最上部の電極の面の法線と粒子の流れ方向の間の角度αは、少なくとも１°、好適には、少なくとも１０°、特に好適には、少なくとも３０°である。さらに、センサの向きは、粒子の流れ方向と電極又はループの選択軸の間の角度βが好適には２０°と９０°の間となる向きである。本実施の形態において、検出される粒子は、センサの開口、特に、止まり穴又は流れ方向の窪みに容易に入ることができ、これによって、感度が上がる。

【0072】

回路、特に、制御回路は、好適には、構造化された電極層及び／又は対応する電極及び／又は配線が相互接続されるように設計される。センサを測定モード及び／又はクリーニングモード及び／又は監視モードで動作させることができるように種々の電圧を電極層及び／又は個別の電極層に印加することができる。

【0073】

付随する態様によれば、本発明は、本発明によるセンサ及び／又は本発明によるセンサシステムを制御する方法に関する。

【0074】

本発明による方法の結果として、センサを測定モード及び／又はクリーニングモード及び／又は監視モードで動作させることができる。

【0075】

測定モードにおいて、電極層の間及び／又はセンサの電極層の電極及び／又は配線の間の電気抵抗の変化及び／又は電極層の容量の変化を測定することができる。

【0076】

換言すれば、測定モードにおいて、センサの一つのレベルの電極及び／又は配線の間の電気抵抗の変化及び／又はセンサの一つのレベルの電極及び／又は配線の容量の変化を測定する。

【0077】

測定モードにおいて、センサの少なくとも二つのレベルの電極又は配線の間の電気抵抗の変化及び／又はセンサの少なくとも二つのレベルの電極又は配線の容量の変化を測定することができる。

【0078】

本発明による方法によって、粒子を、電極層の間及び／又は一つの電極層及び複数の電極層の電極及び／又は配線の間の測定された抵抗の変化に基づいて検出及び測定することができる。代替的に又は追加的に、粒子を、測定されたインピーダンスの変化に基づいて、及び／又は、電極層及び／又は一つ以上の電極層の一つ以上の電極及び／又は一つ以上の配線の容量を測定することによって、検出又は測定することができる。好適には、電極層の間の抵抗の変化を測定する。

【0079】

測定モードにおいて、電気抵抗測定すなわち抵抗原理による測定を行うことができる。この方法において、二つの電極層の間の電気抵抗が測定され、電気抵抗は、導体として機能する粒子、特に、煤粒子が少なくとも二つの電極層及び／又は少なくとも二つの電極及び／又は少なくとも二つの配線の間を橋絡するときに減少する。

【0080】

測定モードにおいて適用される基本原理は、種々の電圧を電極層及び／又は電極及び／又は配線に印加することによって測定される粒子、特に、煤粒子の種々の特性を検出できることである。例えば、粒子の粒径及び／又は粒子径及び／又は電荷及び／又は分極率を決定することができる。

【0081】

少なくとも一つの電極層、少なくとも一つの電極又は少なくとも一つの配線を加熱コイル若しくは加熱層として用いる又は加熱コイル若しくは加熱層に接続できる場合、加熱コイル又は加熱層のアクティブ化時間を決定するために電気抵抗測定を追加的に用いることができる。加熱コイル又は加熱層のアクティブ化は、実行されるクリーニングモードに対応する。

【0082】

好適には、少なくとも二つの電極層の間及び／又は少なくとも二つの電極の間及び／又は少なくとも二つの配線の間及び／又は電極と配線の組合せの間の電気抵抗の減少は、粒子、特に、煤粒子が電極層及び／又は電極及び／又は配線の上又は間に堆積したことを表す。電気抵抗が下限しきい値に到達すると、加熱コイル又は加熱層がアクティブ化される。換言すれば、粒子を焼き尽くす。電気抵抗は、焼き尽くされる粒子の数又は焼き尽くされる粒子の量が増大するに従って増大する。焼き尽くしを、好適には、上限抵抗値が測定されるのに十分長い時間行う。上限抵抗値に到達すると、これは、再生された又はクリーニングされたセンサを表す。その後、新たな測定サイクルが開始される又は実行される。

【0083】

代替的に又は付加的に、電極層及び／又は電極及び／又は配線及び／又は少なくとも一つの電極と少なくとも一つの配線の組合せの容量の変化を測定することができる。粒子、特に、煤粒子による負荷の増大によって、電極層及び／又は電極及び／又は配線の容量が増大する。粒子がセンサを占拠することによって、電荷の移動又は誘電率（ε）の変化が生じ、これによって、容量（Ｃ）が増大する。基本的関係は、Ｃ＝（ε×Ａ）／ｄとなり、この場合、Ａは、電極層及び／又は電極及び／又は配線の電極有効面積を表し、ｄは、二つの電極層及び／又は電極及び／又は配線の間の距離を表す。

【0084】

容量の測定を、例えば、
定電流に対する電圧の増加率を決定すること、及び／又は、
電圧を印加するとともに充電電流を決定すること、及び／又は、
交流電圧を印加するとともに電流波形を測定すること、及び／又は、
ＬＣ共振回路によって共振周波数を決定することによって行うことができる。

【0085】

電極層の容量の変化の上述した測定を、実行される監視モードと共に用いることもできる。

【0086】

ＯＢＤ（車載診断）規則によれば、全ての排気関連パーツ及び部品を、正確に機能するために点検する必要がある。機能点検を、例えば、動力車を始動させた直後に行う必要がある。

【0087】

例えば、電極有効表面積Ａの減少に関連する少なくとも一つの電極層の損傷が生じることがある。電極有効表面積Ａが容量Ｃに正比例するので、損傷した電極層、損傷した電極又は損傷した配線の測定される容量Ｃは減少する。

【0088】

監視モードにおいて、代替的又は付加的に、電極層及び／又は電極及び／又は配線を導体回路として設計することができる。導体回路を、例えば、必要な場合にスイッチによって閉じることができる開閉導体回路として設計することができる。

【0089】

さらに、少なくとも一つの導体回路を形成するために電極層又は電極及び／又は配線を少なくとも一つのスイッチを用いて閉じることができ、監視モードにおいて、試験電流が少なくとも一つの導体回路を流れるか否かを決定するための点検を行う。電極層、特に、電極又は配線がクラックを有する、損傷を被っている又は破壊されている場合、試験電流が流れない又は非常に小さい試験電流しか流れない。

【0090】

本発明の他の態様によれば、本発明によるセンサの複数の使用が特に好ましい。従属的な請求項１５によれば、本発明によるセンサの使用は、導電性及び／又は分極性粒子、特に、煤粒子の検出に関する。

【0091】

本発明の他の態様は、導電性及び／又は分極性粒子を検出する、特に、煤粒子を検出する本発明によるセンサの使用であって、粒子の流れ方向は、構造化された電極層の面に直角にならない本発明によるセンサの使用に関する。

【0092】

本発明の他の態様は、導電性及び／又は分極性粒子を検出する、特に、煤粒子を検出する本発明によるセンサの使用であって、最上部の構造化された電極層の面の法線と粒子の流れ方向の間の角度は、少なくとも１°、好適には、少なくとも１０°、特に好適には、少なくとも３０°である本発明によるセンサの使用に関する。

【0093】

本発明の他の態様は、導電性及び／又は分極性粒子を検出する、特に、煤粒子を検出する本発明によるセンサの使用であって、粒子の流れ方向と電極又は配線の選択方向の間の角度は、２０°と３０°の間である本発明によるセンサの使用に関する。電極及び／又は配線及び／又はループの選択方向は、電極及び／又は配線及び／又はループが主として延在する軸を意味するものと理解されたい。したがって、配線ループ及び／又は電極は、主要な選択方向を有する。以下、本発明を、例示的な実施の形態に基づく詳細において添付図面を参照しながら説明する。

【図面の簡単な説明】

【0094】

【図1】導電性及び／又は分極性粒子を検出する本発明によるセンサの第１の実施の形態の断面図である。

【図2a】あり得る電極層を示す。

【図2b】あり得る電極層を示す。

【図3】通路の種々の断面サイズを示す。

【図4】センサのあり得る通路の別の断面形状を示す。

【図5】絶縁体のアンダーカット又は凹部がある絶縁体の断面図である。

【図6】絶縁体のアンダーカット又は凹部がある絶縁体の断面図である。

【図7a】液体流におけるセンサのあり得る配置を示す。

【図7b】液体流におけるセンサのあり得る配置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0095】

以下、同じ参照番号を、同じパーツ又は機能的に等価のパーツに対して用いる。

【0096】

図１は、導電性及び／又は分極性粒子を検出する、特に、煤粒子を検出するセンサ１０の区域を示す。センサ１０を、原理的には、気体中及び液体中の粒子の検出に用いることができる。

【0097】

センサ１０は、基板１１と、基板１１の上、特に、基板１１の第１の側１２に形成した層複合物と、を備える。基板１１の第１の側１２において、導電層１３、特に、平面形状の金属層を形成する。この導電層１３の上に、複数のレベル、特に、七つのレベルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６及びＥ７を形成する。第１のレベルＥ１において、第１の構造化された絶縁体２０を形成する。第２のレベルＥ２において、第１の構造化された電極層３１を形成し、第１の構造化された電極層３１を、第１の電極４０及び第２の電極４０’から形成する。構造化された絶縁体、すなわち、構造化された絶縁体２１，２２及び２３を、第３のレベルＥ３、第５のレベルＥ５及び第７のレベルＥ７に形成する。第４のレベルにおいて、第２の電極層３２を形成する。第２の電極層３２を、第１の電極４１及び第１の電極４１’から構成する。第６のレベルにおいて、第３の電極層３３を形成する。第３の電極層３３を、第１の電極４２及び第１の電極４２’から構成する。

【0098】

したがって、絶縁体２０，２１，２２及び２３を、偶数番号のレベル、すなわち、レベルＥ１，Ｅ３，Ｅ５及びＥ７に形成する。偶数番号のレベル、すなわち、レベルＥ２，Ｅ４及びＥ６には、電極層、すなわち、第１の電極層３１、第２の電極層３２及び第３の電極層３３を形成する。絶縁層２１及び２２を電極層３１，３２及び３３の間に形成する。さらに、第１の構造化された絶縁体２０を第１の電極層３１と基板１１の間に形成する。最上位のすなわち第３の電極層３３を第４の絶縁体２３によって被覆する。

【0099】

センサ１０は、三つの電極層３１，３２及び３３及び四つの絶縁体２０，２１，２２及び２３を備える。

【0100】

電極層３１，３２及び３３の間の間隔は、絶縁体２１及び２２の厚さによって決定される。絶縁体２１及び２２の厚さを０．１μｍから５０μｍまでにすることができる。本発明によるセンサ１０の感度を、絶縁体２１及び２２の厚さを減少させることによって上げることができる。

【0101】

電極層３１，３２及び３３はそれぞれ少なくとも二つの電極４０及び４０’、電極４１及び４１’並びに電極４２及び４２’を有する。これらの電極は、本発明に従って互いに組み合わされる。

【0102】

開口２５，３５，２６，３６，２７，３７及び２８は、第１の絶縁体２０、第２の電極層３１、第２の絶縁体２１、第２の電極層３２、第３の絶縁体２２、第３の電極層３３及び第４の絶縁体２３に形成される。

【0103】

第１の絶縁体２０の開口２５、第１の電極層３１の開口３５、第２の絶縁体２１の開口２６、第２の電極層３２の開口３６、第３の絶縁体２２の開口２７、第３の電極層３３の開口３７及び第４の絶縁体２３の開口２８は、通路１５が形成されるように重なり合って配置される。開口２６，２７，２８，３５，３６及び３７は、検出される粒子が到達できる。図示した例示的な実施の形態において、二つの粒子３０，３０’は、導電層１３の第１の側１４に存在する。導電層１３の第１の側１４は、基板１１から見て外方に向く。第１の絶縁体２０は、導電層１３の第１の側１４に取り付けられる。

【0104】

通路１５の斜視図は、粒子３０，３０’が導電層１３の第１の側１４に存在することを示す。したがって、第１の側１４は、通路１５の底部を形成する。図示した例の小さい粒子３０は、第１の電極層３１、特に、第１の電極層３１の第１の電極４０のみに接触する。大きい粒子３０’は、第１の電極層３１、第２の電極層３２及び第３の電極層３３に接触する。また、大きい粒子３０’は、電極層３１，３２及び３３の第１の電極４０，４１及び４２のみに接触する。粒子の検出を抵抗原理に基づいて行う場合、電極層３１，３２及び３３の間の抵抗が測定され、この抵抗は、例えば、粒子３０が第１の電極層３１、第２の電極層３２及び第３の電極層３３を橋絡した場合に減少する。粒子３０’は、粒子３０の場合よりも多くの電極層を橋絡する。粒子３０’は、粒子３０より大きい粒子として検出される。

【0105】

電極層３１，３２及び３３、第１の電極４０，４１及び４２又は第２の電極４０’，４１’及び４２’に種々の電圧を印加することによって、（煤）粒子の径及び／又はサイズ及び／又は（煤）粒子の電荷及び／又は（煤）粒子の分極率のような種々の粒子特性、特に、種々の煤粒子特性を測定することができる。

【0106】

高温に耐えうる用途のために、基板１１を、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタン酸塩又はステアタイトによって形成する。

【0107】

電極層３１，３２及び３３及び／又は各電極４０，４０’，４１，４１’，４２，４２’を、例えば、プラチナ及び／又はプラチナ−チタン合金（Ｐｔ−Ｔｉ）によって形成することができる。

【0108】

絶縁層２０，２１，２２及び２３を、好適には、高い絶縁抵抗を有する耐熱材料によって構成する。例えば、絶縁層２０，２１，２２及び２３を、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）又はガラスによって構成することができる。

【0109】

個別の層及び絶縁体の材料選択に基づく図示したセンサ１０は、例えば、８６０℃までの高温用途に適する。したがって、センサ１０を、内燃機関の排気ガス流の煤粒子センサとして用いることができる。本発明の代替的な実施の形態において、電極層３１，３２及び３３のそれぞれを少なくとも二つの電極及び少なくとも一つの配線の組合せから形成することが考えられる。

【0110】

図２ａにおいて、電極層３１，３２，３３のあり得る実施の形態の平面図を示す。電極層はそれぞれ一つの第１の電極４０，４１又は４２と、一つの第２の電極４０’，４１’又は４２’と、を備える。電極は、交互に配置されるように設計される。電極が互いに織り交ぜられるように設計されることも考えられる。電極の互いに組み合わされた状態又は設計も可能である。電極層３０，３１及び３２の開口３５，３６及び３７も線形的に示す。開口は、細長い孔の形状で実現される。二つ以上のそのような開口が重なり合うように配置される場合、絶縁体も同様な開口形状を有し、長手方向の窪みを形成することができる。電極が整列された選択軸ｘが得られる。

【0111】

図２ｂは、電極層３１，３２及び３３の構造に関する別の実施の形態を示す。これらの電極層は、少なくとも二つの配線、すなわち、第１の配線３８と、第２の配線３９と、を有する。配線３８及び３９は、配線ループを形成する。配線ループも互いに重なり合わされ、広い範囲で互いに平行に延在する。細長い開口と称することもできる別の開口を、配線３８及び３９の間に形成する。これとの関連において、配線ループの選択軸ｘが形成される。

【0112】

図３〜６の各々において、最上位の絶縁体２０から基板１１に向かうようにセンサ１０に垂直にとった断面を示す。図３〜６のセンサ１０は、七つのレベル、すなわち、レベルＥ１〜Ｅ７を有する。レベルＥ１，Ｅ３，Ｅ５及びＥ７において、絶縁体２０，２１，２２及び２３がそれぞれ形成される。レベルＥ２，Ｅ４及びＥ６において、二つの電極すなわち電極４０，４０’，４１，４１’及び４２，４２’を有する電極層３１，３２及び３３がそれぞれ形成される。

【0113】

図３によるセンサ１０において、長手方向の窪み１５及び１５’の形状の二つの通路の断面形状を示す。二つの通路１５及び１５’は、Ｖ形状断面を有する。開口サイズ及び／又は開口断面は、第４の絶縁体２３から基板１１に向かうに従って、特に、導電層１３に向かうに従って減少する。開口２８，３７，２７，３６，２６，３５及び２５の断面は、開口２８の第１の開口断面から開口２５の底部断面に向かうに従ってサイズが減少する。

【0114】

さらに、図３は、通路１５及び１５’が異なる幅を有することができることを示す。左側の通路１５は、幅Ｂ１を有する。右側の通路１５’は、幅Ｂ２を有する。Ｂ１はＢ２より大きい。異なる幅を有する通路１５及び１５’の設計によって、特定のサイズの粒子３０の測定を行うことができる。

【0115】

Ｖ形状断面形状によって、丸い粒子の測定を向上させることができる。

【0116】

図４において、代替的な実施の形態で長手方向の窪み１５がＵ形状断面又はＵ形状断面形状を有することができることを示す例を与える。開口サイズ及び／又は開口断面は、第４の絶縁体２３から導電層１３の方向に向かうに従って減少する。開口２８，３７，２７，３６，２６，３５及び２５の断面は、開口２８の第１の開口断面から開口２５の底部断面に向かうに従ってサイズが減少する。Ｕ形状断面形状を用いることによって、丸い粒子の測定を向上させる。

【0117】

図５は、凹部がある絶縁体２０，２１，２２，２３の断面を示す。丸い粒子の場合、平面の又は平らな通路表面の形状は好ましくない。凹部がある又はアンダーカットがある絶縁体２０，２１，２２及び２３によって、丸い粒子の測定を向上させることができる。絶縁体２０，２１，２２及び２３は、電極層３１，３２及び３３に対する凹部を有する。絶縁体２３，２２，２１及び２０の開口２８，２７，２６及び２５の各々は、各絶縁体の上に配置される電極層３１，３２及び３３に形成された開口３５，３６及び３７より大きい。通路１５の断面形状は、Ｖ形状設計を有し、全ての層２３，３３，２２，３２，２１，３１及び２０の開口は、基板１１の方向に向かうに従って小さくなり、絶縁体２０，２１，２２及び２３の開口２５，２６，２７及び２８は、同一サイズを有しない。

【0118】

図６は、絶縁体２０，２１，２２及び２３のアンダーカットの断面図である。この場合、絶縁体のアンダーカットの設計によって、丸い粒子の測定を向上させることができる。絶縁体２０，２１，２２及び２３は、アンダーカット又は凹部９０を有する。したがって、絶縁体２０，２１，２２及び２３の開口２５，２６，２７及び２８のサイズは、電極層３１，３２及び３３の開口３５，３６及び３７より大きい。

【0119】

図７ａに示すように、粒子の流れ方向が電極層３１，３２，３３の面（ｘ，ｙ）に直角とならないようにセンサ１０に流量が導入される。上部の構造化された電極層３３の面（ｘ，ｙ）の法線（ｚ）と粒子の流れ方向ａの間の角度αは、少なくとも１°、好適には、少なくとも１０°、特に好適には、少なくとも３０°である。したがって、粒子を、更に容易に開口又は通路１５，１５’及びそれに形成された電極層３０，３１及び３３の開口の壁部に移動させることができる。

【0120】

図７ｂにおいて、粒子の流れ方向ａと電極及び／又は配線の選択軸ｘ（図２ａ及び図２ｂの選択軸を参照。）の間の角度βが２０°と９０°の間になるようにセンサ１０に流量が導入される。

【0121】

この時点で、図１〜７ｂによる実施の形態、特に、図示した詳細に関連して上述した素子及び構成要素の全てが単独であるか組合せであるかに関係なく本発明の本質として説明したことを留意すべきである。

【符号の説明】

【0122】

１０ センサ
１１ 基板
１２ 基板の第１の側
１３ 導電層
１４ 導電層の第１の側
１５ 通路
２０ 第１の絶縁体
２１ 第２の絶縁体
２２ 第３の絶縁体
２３ 第４の絶縁体
２５ 第１の絶縁体の開口
２６ 第２の絶縁体の開口
２７ 第３の絶縁体の開口
２８ 第４の絶縁体の開口
３０，３０’ 煤粒子
３１ 第１の電極層
３２ 第２の電極層
３３ 第３の電極層
３５ 第１の電極層の開口
３６ 第２の電極層の開口
３７ 第３の電極層の開口
３８ 第１の配線
３９ 第２の配線
４０，４０’ 第２のレベルの第１の電極／第２の電極
４１，４１’ 第４のレベルの第１の電極／第２の電極
４２，４２’ 第６のレベルの第１の電極／第２の電極
９０ アンダーカット
ａ 流れの向き
Ｂ１ 通路の幅
Ｂ２ 通路の幅
ｄ 絶縁層の厚さ
ｘ 電極の選択軸
α 電極面の法線と流れの向きとの間の角度
β 選択軸と流れの向きとの間の角度
Ｅ１ 第１のレベル
Ｅ２ 第２のレベル
Ｅ３ 第３のレベル
Ｅ４ 第４のレベル
Ｅ５ 第５のレベル
Ｅ６ 第６のレベル
Ｅ７ 第７のレベル

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】