JP2004028964A

JP2004028964A - ガスセンサ制御装置、それを用いたガスセンサの検査方法及びガスセンサの製造方法

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Publication number: JP2004028964A
Application number: JP2002189791A
Authority: JP
Inventors: Shingo Ito; 伊藤　慎悟; Yuji Kimoto; 木元　祐治
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP3902519B2

Abstract

【課題】実使用時とは異なるヒートパターンにより検知素子を加熱して行なう検査の能率を、飛躍的に高めることができるガスセンサ制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置９において、製品出荷後のガスセンサ５を、所望の環境のガスセンシングに実使用する際に用いる実センシング用ヒートパターン１５７と、製品出荷前のガスセンサ５を検査検査するために用いる、実センシング用ヒートパターン１５７とは異なる検査用ヒートパターン１５８，１５９と、のいずれかを選択する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスセンサ制御装置、それを用いたガスセンサの検査方法及びガスセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサの検知素子には、酸化物半導体薄膜などの抵抗感応膜を検知素子として用いたものが知られている。また、ジルコニアなど、固体電解質を検知素子として用いるものもある。これらの検知素子は、種々の理由により、室温よりも高温に最適動作点を有するものが多く、被測定ガスの温度が低い場合は、ヒータ加熱により検知素子の検知能を活性化して用いるようにしている。
【０００３】
また、上記のような検知素子によるガス検出の基本原理には、検知体表面における被測定ガス成分の吸着が大きく関与している。例えば抵抗感応膜を用いるセンサの場合は、ガス分子吸着による抵抗感応膜の電気抵抗率が変化することを利用してガス検出を行なう。また、固体電解質を利用するものは、固体電解質表面に設けられた多孔質電極表面にガス分子を吸着させてイオン解離させ、イオンが固体電解質内を移動する過程で生ずる電気現象（例えばイオン拡散に伴う濃淡電池起電力など）を測定してガス検知を行なう。
【０００４】
ガスセンサは通常、検知素子からの検知信号の増幅、フィルタリングあるいはリニアライジングなどの種々の電気的処理が行われた後、濃度検知情報として外部に出力される。また、検知素子を活性化するためのヒータ加熱の制御処理も必要である。従って、ガスセンサの場合、これらの電気的処理を行なうための制御回路を必ず設けなければならない。こうした制御回路は当然、センサ実使用時の仕様に合わせたものが、センサ実装先となる機器（例えば自動車）に搭載される。当然、ヒータ制御を司るヒートパターンも、所望の雰囲気のガス濃度を定常的に測定するのに好都合なものが用意される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなガスセンサを製造する際には、検知素子が正常な検知能を有するかどうかを検査する工程が不可欠である。この検査工程においては、検知素子をヒータ加熱する際に、センサを実使用に供する場合とは異なる、検査特有のヒートパターンが必要となることも多い。従って、検査専用のヒートパターンを搭載した制御回路を別途用意し、検知素子をその都度接続して検査を行なわなければならないので面倒である。
【０００６】
また、最近では、検知素子と制御回路とを一枚の基板に組み付けたセンサユニットの形でガスセンサも多く供給されている。この場合、基板に組み付けられている制御回路はヒートパターンが異なるため検査には使用できず、基板に検査用の制御回路を別途接続するか、あるいは検知素子を基板に組み付ける前に検査用の制御回路に接続して測定を行なうことになる。前者においては、検査用制御回路を接続する結線が必ずしも容易でなく、場合によっては結線の履歴が基板に残ったり、結線失敗による破損が生じ、検査後の製品としての流用が不能となることもある。また、後者においては、検知素子の基板への組み付け前に検知素子の検査を行なわなければならないから、基板組み付け時あるいは組み付け後に生ずる不具合を発見できない問題がある。また、検査工数がかかることから、ロット毎の抜き取り検査となることもありえるが、ロットアウト時の損失が大きくなることはいうまでもない。
【０００７】
そこで、上記の事情に鑑みて、実使用時のヒートパターンをそのまま流用して検査を行なうことも考えられる。しかし、この場合は次のような問題を生ずる。すなわち、ガスセンサは、検知素子が非加熱状態で大気中に放置された場合、水蒸気や他のガス分子などが検知素子の表面に吸着した状態になる。このような状態では、検知素子への被検出ガスの分子吸着が先に吸着している分子に妨げられ、ヒータ加熱を行っても、直ちに測定に入ることはできない。しかし、ヒータ加熱を開始してしばらく時間が経過すれば、余分な吸着分子の脱着が促進され、測定可能な状態となる。
【０００８】
ところで、工場で製造されるガスセンサのロットは、製造後検査に至るまでにかなりの日数保管される場合がある。また、検知素子に着目すれば、これがガスセンサに組み付けられるまでの間にも、さらに保管時間が生ずる。従って、検査時の検知素子は、長期にわたって外気に曝されていたことにより、測定の妨げになる分子吸着が強固に進んでいる場合が多い。しかし、実使用時のヒートパターンでは、強固に吸着した分子の脱着に非常な長時間を要し、検査能率の低下が甚だしくなる。
【０００９】
そこで、実使用時のヒートパターンに、吸着促進用の高温保持期間を設ける方法も考えられるが、該高温保持期間は、定常測定時の最適温度設定からは外れたものとなるので、その経過を待ってガス濃度測定を行なう必要がある。この場合、吸着が強固に進んだ検査時にも対応できるように、その高温保持期間を長く設定すると、実使用時において、センサ立ち上げ後から測定可能となるまでの時間が長くなり、早期活性化が望まれているガスセンサの時流に逆行する結果を招く。
【００１０】
本発明の課題は、実使用時とは異なるヒートパターンにより検知素子を加熱して行なう検査の能率を飛躍的に高めることができ、ひいては出荷前の検査能率向上に有利な機能を有したガスセンサ制御装置と、それを用いたガスセンサの検査方法及びガスセンサの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、加熱によりガス検知能が活性化される検知素子と、該加熱を行なうために予め定められたヒートパターンに従い発熱駆動されるヒータとを有したガスセンサの制御装置に係るものであり、上記の課題を解決するために、
製品出荷後のガスセンサを、所望の環境のガス検知に実使用する際に用いる実検知用ヒートパターンと、製品出荷前のガスセンサを検査するために用いる、実検知用ヒートパターンとは異なる検査用ヒートパターンと、のいずれかを選択するヒートパターン選択手段と、
当該選択されたヒートパターンに従いヒータを発熱駆動するヒータ駆動制御部と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のガスセンサの検査方法は、上記本発明のガスセンサ制御装置を検知素子とともに検査装置に接続し、その状態で検査用ヒートパターンを選択し、該検査用ヒートパターンに従ってヒータを発熱駆動することにより検知素子を加熱・活性化し、その活性化した検知素子に検査用ガスを用いた検査検知を行なわせ、その検知結果に基づいて検知素子の品質検査を行なうことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明のガスセンサの製造方法は、上記本発明のガスセンサの検査方法により、ガスセンサの検知素子の品質検査を行なう検査工程と、
その検査結果に基づいて、ガスセンサの選別を行なう選別工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
上記本発明のガスセンサの制御装置は、ヒートパターン選択手段により、ヒータ駆動制御部が、実測定用のヒートパターンと検査用ヒートパターンとを適宜選択して実行できるように構成されている。従って、検査専用のヒートパターンを搭載した制御回路を別途用意し、検知素子をその都度これに接続して検査を行なう必要がなくなるので、検査時間を大幅に短縮することができる。また、その検査結果に基づくガスセンサの選別工程を含んだガスセンサの製造方法においては、検査工程の時間短縮が可能になる結果、出荷に至るまでのガスセンサの製造工程全体の能率化を図ることができる。また、ガスセンサ１個当たりに要する検査時間が短くなることから、全数検査も容易に行なうことができ、ひいては抜き取り試験時のようなロットアウト等の無駄を省くことが可能となる。
【００１５】
実検知用ヒートパターンは、例えば制御部内のヒートパターン記憶部に記憶しておき、実装先（例えば自動車である）にガスセンサを装着して使用する際に、読み出して使用するようにする。他方、検査用ヒートパターンは、検査時においてのみ必要となるものであるから、検査時にその都度、外部から読み込んで使用するようにしてもよい。しかし、実検知用ヒートパターンと検査用ヒートパターンとの両方をヒートパターン記憶部に予め記憶しておけば、検査装置側にて、ガスセンサの品種に応じた検査用ヒートパターンを予め用意しておく必要がなくなる。従って、特にこうした検査用ヒートパターンが準備されていない検査装置でも、問題なく検査を行なうことができる。この場合、ヒートパターン選択手段は、外部から取得する選択信号に基づいて、ヒートパターン記憶部から、その選択信号に対応するヒートパターンを読み出すものとされる。
【００１６】
ヒートパターン選択手段とヒータ駆動制御部とは、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータ上において、ヒートパターン記憶部となるＲＯＭ内に記憶されたヒータ制御プログラムをＣＰＵが実行することにより機能実現されるものとすることができる。この場合、実検知用ヒートパターンと検査用ヒートパターンとをＲＯＭに一括して記憶しておくことができる。実検知用ヒートパターンとともにＲＯＭに一括して記憶する形であれば、フォトリソグラフィー技術等によりヒートパターンデータを焼き付けるだけで実装を完了できるので、検査用ヒートパターンを余分に搭載しているにもかかわらず、制御装置の価格上昇はほとんど問題にならなくなる。特に、ＣＰＵ、ＲＡＭ及び実検知用ヒートパターンと検査用ヒートパターンとを焼き付けたＲＯＭがワンチップ化されたマイクロプロセッサを用いると、部品点数が減少するので制御装置自体の価格低減を図ることができるほか、基板上における部品実装面積が減少するので、基板の小型化にも大きく寄与することができる。そして、小型基板では、検査用ヒートパターンを有した検査専用の制御部を外付け接続することは非常に困難であるが、上記構成では、検査用ヒートパターンが実検知用ヒートパターンとともにはじめからマイクロプロセッサのＲＯＭ内に搭載されるので、こうした問題をそもそも考える必要がなくなる。検知素子がコンピュータとともに同一基板上に実装されている場合は、該効果が特に顕著である。
【００１７】
検査用ヒートパターンとしては、検査用ガスを用いた検査検知を行なう検査検知用ヒートパターンを用意しておくことができる。この場合、実検知用ヒートパターンと検査検知用ヒートパターンとは、いずれも、検知素子の温度を活性化状態に維持可能な一定の活性化維持電圧によりヒータを発熱駆動する活性化維持期間と、検知素子の活性化を促進するために、活性化維持期間に先立ってヒータを活性化維持電圧よりも高い活性化促進電圧にて発熱駆動する活性化促進期間とを有するものとすることができる。活性化の促進は、活性化維持期間よりも高温で検知素子を予熱することにより、検知素子の表面からの吸着ガス分子の脱着を促すことにより行われる。
【００１８】
検査時の検知素子には、前記した通り、実使用時よりも強固にガス吸着していることが多く、吸着ガス分子の脱着にも長時間を要する。従って、検査前の検知素子を検査処理に先立つ別段取りにより予熱処理して、吸着ガス分子を十分に脱着しておくことが望ましい。このような処理を経た後、速やかに検知素子の検査を行なうようにすれば、予熱による活性化促進は実使用時よりもむしろ短時間で済むか、あるいは省略しても問題がなくなる。この場合、検査検知用ヒートパターンの活性化促進期間は、実検知用ヒートパターンの活性化促進期間よりも短く設定しておくことができる。このような活性化促進期間の短い検査検知用ヒートパターンを用いれば、実検知用ヒートパターンを用いる場合と比較して、活性化促進期間が短い分だけ検査処理（検査検知）を短時間で終わらせることができる。
【００１９】
検知素子の活性化促進のための予熱は、例えば専用の予熱炉を用いて行なうこともできるが、予熱温度が基板の半田リフロー温度よりも高ければ、基板実装前に予熱を行なう必要がある。この場合、予熱後に基板への実装工程が挟まるので、その間に再び検知素子へのガス吸着が進行してしまう懸念がある。そこで、基板に実装された検知素子活性化用のヒータを用いれば、検知素子を選択加熱できるので基板実装後であっても予熱を問題なく行なうことができる。この場合、検査用ヒートパターンとして、検査検知に先立って検知素子を予熱処理するために、ヒータを活性化維持電圧よりも高い活性化促進電圧にて発熱駆動する検査予熱用ヒートパターンを用意しておくことができる。こうすれば、予熱用のプログラムを検査側の装置（検査用の測定装置であってもよいし、測定装置とは別途用意された予熱制御装置であってもよい）に用意しておく必要がなくなるので、便利である。
【００２０】
この場合の検査方法は、具体的には、上記本発明のガスセンサ制御装置を用い、検査検知に先立って、検査予熱用の装置に該ガスセンサ制御装置を接続し、その状態で検査予熱用ヒートパターンを選択し、該検査予熱用ヒートパターンに従ってヒータ制御駆動部がヒータを発熱駆動することにより検知素子を予熱処理する。検査予熱用の装置を検査処理用の装置と別に用意し、上記方法により検知素子の予熱処理を検査処理に先立つ別段取りにて実施しておけば、複数のガスセンサに対して検査処理と予熱処理とを並列に行なうことができ、検査処理のタクトタイムを大幅に短縮することができる。
【００２１】
なお、本明細書の特許請求の範囲において各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付された符号を援用して用いたものであるが、あくまで発明の理解を容易にするために付与したものであり、特許請求の範囲における各構成要件の概念を何ら限定するものではない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図面を用いて説明する。
図１（ａ）は、ガスセンサユニット（ガスセンサ制御装置）の一例を示すものである。このガスセンサユニット１は自動車等の車両に取り付けて使用され、外気取入用ダクト内の排気ガス濃度変化をガスセンサにより検知して、内気循環用ダクトに自動切換えするために用いられるものである。
【００２３】
ガスセンサ４は、被検知ガス取入口４ｄが形成されたケース４ｃの内部に、排気ガス分子の吸着により電気抵抗値を変化させる、金属酸化物半導体からなる検知素子５（図２）と、その検知素子５の検知能を活性化するためのヒータ５１とを組み込んだものである。このガスセンサ４が、ワンチップマイコンＩＣ１０と、コンデンサや抵抗器からなる周辺回路部品７とからなる制御装置９とともに、基板３に一体的に組み付けられている。基板３は、プラスチック製のケース１９，１７内に封入され、ケース１９にはコネクタ１５と、ガスセンサ４を収容するととともに複数のガス導入孔１８が設けられたセンサ収容部１６とが形成されている。コネクタ１５内には、ガスセンサユニット１を自動車あるいは後述する検査装置に接続するためのヒータ電源端子４８ａ、センサ出力端子４８ｂ及び接地端子４８ｃからなる端子群４８が設けられている。端子部４８は、基板３に設けられた端子穴３ｈに挿通され、この端子穴３ｈの周囲に形成された金属パッドを介して、基板３上の制御装置９の配線パターンに半田付け接続されている。
【００２４】
図２は、制御装置９の電気的構成を示す回路図である。制御装置９の要部はＣＰＵ５３、ＲＡＭ５４、ＲＯＭ５５及びデータ入出力インターフェース（以下、「Ｉ／Ｏ」と略記する）５６を有するコンピュータ５０であり、マイコン１０を構成している。主電源は自動車に搭載されたバッテリー７５であり、このバッテリー電圧Ｖ_ＢＴ（定格：＋１２Ｖ）を元に、電源回路８０が、マイコン１０等の駆動及び信号源に使用される電源電圧Ｖ_ＣＣ（＋５Ｖ）を生成・供給する。電源回路８０は、三端子レギュレータ７７を用いた周知の安定化電源回路として構成され、符号７６はバッテリー電圧Ｖ_ＢＴのリップルを除去するための平滑化用コンデンサであり、符号７８，７９は三端子レギュレータ７７の発振防止用のコンデンサである。
【００２５】
ガスセンサ４の検知素子５は、ＣＯ、ＨＣなどの還元性ガスを検知する第一種検知素子５ａと、ＮＯｘなどの酸化性ガスを検知する第二種種検知素子５ｂとを有する。前者は、還元性ガス分子吸着により電気抵抗率を減少させる酸化物薄膜（例えばＳｎＯ_２）、後者は酸化性ガス分子吸着により電気抵抗率を増加させる酸化物薄膜（例えばＷＯ_３）により形成される。図１（ｂ）に示すように、第一種検知素子５ａと第二種検知素子５ｂとは、ヒータ５１とともにセラミック基体５ｃ上に一体的に形成されている。なお、本実施形態では、第一種検知素子５ａ及び第二種検知素子５ｂの各出力端子５ｔ１、５ｔ２と、両素子５ａ、５ｂの間で共用される接地端子５ｔｇが設けられている。また、ヒータ用の入力端子は５ｔ３であり、接地側の端子は両素子５ａ、５ｂの接地端子５ｔｇと共用化されている。
【００２６】
図２に示すように、上記いずれの検知素子５ａ，５ｂも、分圧抵抗６７あるいは分圧抵抗６８が直列接続され、検知素子５ａ，５ｂの抵抗変化に応じた分圧比により、電源電圧Ｖ_ＣＣを分割する。なお、分圧抵抗６７，６８の一端が接地されるようにして、検知素子５ａ，５ｂはそれぞれ直列接続される。そして、それら分圧抵抗６７，６８との接続点に生ずる各分圧電圧がアナログセンサ出力ＶＸｇ，ＶＸｄとして、Ｉ／Ｏ５６のポートＰ１，Ｐ２にそれぞれ入力される。これらセンサ出力ＶＸｇ，ＶＸｄは、ＣＰＵ５３がＲＡＭ５４をワークエリアとして、ＲＯＭ５５に記憶された検知プログラム１５５を実行することにより、ガス濃度データとされ、Ｉ／Ｏ５６のポートＰ５から、コネクタ１５の端子４８ｂを介してアナログのガス濃度信号ＦＣＳとして出力される。２つの検知素子５ａ，５ｂからのガス濃度信号ＦＣＳは、例えば検知プログラム１５５による時分割出力処理により、１つの端子４８ｂを用いて出力できる。
【００２７】
図３に示すように、このガス濃度信号ＦＣＳは、コネクタ１５を介して接続されたフラップ制御装置１００に入力される。フラップ制御装置１００は、ガス濃度信号ＦＣＳをもとに、アクチュエータ１０３を動作させてフラップ１０５を移動させる。そして、このフラップ１０５の位置により、車両内の内気を循環させるための内気循環用ダクト１０９と、外気を導入するための外気取入用ダクト１０７とのいずれかが、メインダクト１０１に切り替え可能に接続される。なお、メインダクト１０１内には、空気を圧送するファン１１１が設置されている。
【００２８】
図２に戻り、バッテリー電圧Ｖ_ＢＴは、コネクタ１５の端子４８ａから受電される。該バッテリー電圧Ｖ_ＢＴは、抵抗器６９及び７０により分圧調整された後、バッテリー電圧監視信号ＲＲＴとして、Ｉ／Ｏ５６のポートＰ３に入力される。一方、バッテリー電圧Ｖ_ＢＴはヒータ制御用トランジスタ７４を介してヒータ５１に供給される。本実施形態ではヒータ制御用トランジスタ７４はｐチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴにより構成され、そのゲート入力（抵抗器７１，７２により分圧調整されたバッテリー電圧Ｖ_ＢＴである）が、バイポーラトランジスタからなるゲート駆動トランジスタ７３によりスイッチング駆動される。
【００２９】
ゲート駆動トランジスタ７３のベースには、Ｉ／Ｏ５６のポートＰ４から出力される設定電圧値に応じたデューティ比ＤＲＶを有するＰＷＭ信号が抵抗器７３ｂを介して入力される。これにより、ヒータ制御用トランジスタ７４が該ゲート駆動トランジスタ７３を介してデューティ比ＤＲＶにてスイッチングされ、ヒータ５１の出力（ヒータ５１への供給電力）が、そのデューティ比ＤＲＶに対応した値に調整される。なお、抵抗器７３ａは、ゲート駆動トランジスタ７３の残留電荷を引き抜いて、ゲート駆動トランジスタ７３のＯＮからＯＦＦへのスイッチング速度を向上させる役割を果たす。なお、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、コンピュータ５０側にＡ／Ｄ変換機能が内蔵されており、アナログ信号を直接入力できる。また、ポートＰ４、Ｐ５は、ＰＷＭ信号を出力するポートである。
【００３０】
コンピュータ５０のＲＯＭ５５には、製品出荷後のガスセンサ４（図１のセンサユニット１の状態である）を、自動車の外気取入用ダクト１０７（図３）に実装し、該ダクト１０７内の排気ガス検出に実使用する際に用いる実検知用ヒートパターン１５７と、製品出荷前のガスセンサ４を検査するために用いる、上記実検知用ヒートパターン１５７とは異なる検査用ヒートパターン１５８，１５９とが記憶されている。これらのヒートパターン１５７〜１５９は、外部から取得する選択信号ＲＳＳに対応したものが選択され読み出される。ＣＰＵ５３は、当該選択されたヒートパターンを用いて、ＲＯＭ５５に記憶されたヒータ制御プログラム１５６により、ヒータ５１を前記したＰＷＭ制御により発熱駆動する。なお、選択信号ＲＳＳの検出は、後述するがＩ／Ｏ５６のポートＰ３に入力される電圧監視信号ＲＲＴに基づき行なわれる。
【００３１】
図１のセンサユニット１のコネクタ１５は、実使用時には、図２に示す自動車側のコネクタ２１５に接続される。ヒータ電源端子４８ａは、バッテリー電圧Ｖ_ＢＴの供給端子２１５ａに、センサ出力端子４８ｂはフラップ制御装置１００（図３）への信号供給端子２１５ｂに、接地端子４８ｃは自動車側の接地端子２１５ｃにそれぞれ接続される。また、検査時には、図４に示す検査装置３６５側のコネクタ２１５に接続される。ヒータ電源端子４８ａは、検査装置３６５の電源回路２６６からの電源供給端子２１５ａに、センサ出力端子４８ｂは検査用コンピュータへのセンサ出力入力端子２１５ｂに、接地端子４８ｃは接地端子２１５ｃにそれぞれ接続される。後述する通り、ヒータ電源端子４８ａは選択信号ＲＳＳの入力端子も兼用する。
【００３２】
図１０は、ヒータ制御プログラム１５６（図２）の処理の流れを示すものである。Ｓ１（Ｓはステップの略記）では、処理に使用するＲＡＭ５４内の各種メモリエリアを初期化する。ついで、Ｓ２でポートＰ３を通じて、電圧監視信号ＲＲＴを取得する。そして、Ｓ３において、ヒートパターンの選択信号（ＲＳＳ）の検出処理をＩ／Ｏ５６のポートＰ３に入力される電圧監視信号ＰＲＴに基づいて行い、その選択信号の内容に応じてヒートパターンを選択する。このＳ３の選択信号検出処理は図１２に示すものであるが、詳細は後述する。そして、Ｓ４においては、選択されたヒートパターンに応じたヒータ駆動処理を実行する。Ｓ４のヒータ駆動処理の詳細についても後述する。その後、電圧監視信号ＲＲＴの取得のためのサンプリングタイムである０．４秒の経過を待ち、Ｓ２に戻る。本実施形態においては、ＲＯＭ５５内に記憶された選択可能なヒートパターンとして、図６に例示するようなヒートパターン１５７，１５８，１５９が用意されている。
【００３３】
本実施形態においては、検査用ヒートパターンとして、例えば図６に示すような、検査用ガスを用いた検査検知を行なう検査検知用ヒートパターン１５９が用意されている。実検知用ヒートパターン１５７と検査検知用ヒートパターン１５９とは、いずれも、検知素子５の温度を活性化状態に維持可能な一定の活性化維持電圧Ｖ３によりヒータを発熱駆動する活性化維持期間１６７を有する。また、実センシング用ヒートパターン１５７については、検知素子５の活性化を促進するために、活性化維持期間１６７に先立ってヒータ５１を活性化維持電圧Ｖ３よりも高い活性化促進電圧Ｖ１，Ｖ２にて発熱駆動する活性化促進期間１６５，１６６，１６８が設定されている。検査検知用ヒートパターン１５９についても、活性化維持期間１６７に先立ってヒータ５１を活性化維持電圧Ｖ３よりも高い活性化促進電圧Ｖ１にて発熱駆動する活性化促進期間１６５を設定しているが、この活性化促進期間１６５は、実検知用ヒートパターン１５７の活性化促進期間１６５，１６６，１６８よりも短く設定されている。このような活性化促進期間の短い検査検知用ヒートパターン１５９を用いれば、実検知用ヒートパターン１５７を流用する場合と比較して、活性化促進期間が短い分だけ検査処理（検査検知）を短時間で終わらせることができる。
【００３４】
実検知用ヒートパターン１５７の活性化促進期間１６５，１６６，１６８には、活性化維持電圧Ｖ３よりも高い第一活性化促進電圧Ｖ１にて一定保持する第一活性化促進期間１６５と、該第一活性化促進電圧Ｖ１と活性化維持電圧Ｖ３との中間に設定された第二活性化促進電圧Ｖ２にて一定保持する第二活性化促進期間１６６とが設定されている。活性化促進期間の後半において、活性化促進電圧を、活性化維持電圧Ｖ３に近づくように段階的又は連続的に減少させることにより、検知素子５の活性化を促進させて、ひいては、検知素子５をより早期に定常測定可能な状態とすることができる。本実施形態では、ヒータ温度を目標温度により早く近づけるため、第一活性化促進電圧Ｖ１から第二活性化促進電圧Ｖ２へ電圧を階段状に減少させた後、期間１６８において活性化維持電圧Ｖ３に向けて電圧を漸減させるようにしている。なお、第二活性化促進電圧Ｖ２から活性化維持電圧Ｖ３に向けて電圧を徐々に近づけるように変化させることで、ヒータ５１に電圧の急変に伴なうヒートショックを緩和させている。
【００３５】
他方、検査検知用ヒートパターン１５９の活性化促進期間１６５には、第一活性化促進電圧Ｖ１による第一活性化促進期間１６５のみが、実検知用ヒートパターン１５７の活性化促進期間の全体１６５，１６６，１６８より短くなるように設定されている。これは、後述する検査時の予熱後において、可及的速やかに検査処理に移行したとしても、検知素子５には多少の吸着が生ずるので、第一活性化促進期間１６５のみからなる短時間の活性化処理を行なうことにより、この吸着の影響を軽減することができる。また、第一活性化促進期間１６５を実検知用ヒートパターン１５７との間で共用化できるから、ＲＯＭ５５内に記憶するヒートパターンデータのサイズを少なくすることができる。
【００３６】
一方、検査用ヒートパターンとしては、検査検知に先立って検知素子５を予熱処理（エージング処理）するために、ヒータ５１を活性化維持電圧Ｖ３よりも高い活性化促進電圧Ｖ１，Ｖ２にて発熱駆動する検査予熱用ヒートパターン１５８が別途用意されている。この検査予熱用ヒートパターン１５８は、検知素子５を検査検知に先立つ別段取りにより予熱処理し、吸着ガス分子を十分脱着するために使用されるものである。この予熱処理は、ガスセンサ４（ガスセンサユニット１）を、図５に示すように雰囲気形成用チャンバ９０内に配置し、検査予熱用ヒートパターン１５８に従ってヒータ５１を発熱駆動しつつ、該チャンバ９０内にエージング用ガスＴＧＳを導入することにより行なわれる。このような予熱処理が検査検知とは別段取りの形で並列に行われることにより、検査検知用ヒートパターン１５９を用いることによる検査処理の時間短縮を、検査処理のタクトタイム短縮に直結させることが可能となる。
【００３７】
検査予熱用ヒートパターン１５８には、第一活性化促進電圧Ｖ１にて保持される第一予熱期間２６５と、第二活性化促進電圧Ｖ２にて実検知用ヒートパターン１５７の第二活性化促進期間１６６よりも長時間保持される第二予熱期間２６６が設けられている。検査時の検知素子５に強固にガス吸着している場合でも、上記のような第二予熱期間２６６を設けることで、ガス分子の脱着を速やかに行なうことができ、検査測定（検査センシング）時の検査用ガスに対する検知素子５の感度を高めることができる。なお、より高電圧の第一予熱期間２６５を設けるのは、ヒータ５１の温度を、第二予熱期間２６６での目標定常温度に早期に到達させるためである。
【００３８】
なお、実検知用ヒートパターン１５７及び検査検知用ヒートパターン１５９の各第一活性化促進期間１６５と、検査予熱用ヒートパターン１５８の第一予熱期間２６５とは同一時間に設定されている。これにより、第一活性化促進期間１６５と第一予熱期間２６５とのヒートパターンデータを共用化でき、ＲＯＭ５５内のデータサイズ縮小効果をより高めることができる。
【００３９】
次に、選択信号ＲＳＳとして、上記のヒートパターン１５７，１５８，１５９に一対一に対応した、図７〜図９に例示するような複数の信号データパターン１６１，１６２，１６３が定められている。選択信号ＲＳＳのパターンは、コンピュータ５０のデータ入出力インターフェース５６において予め定められた１つのポートＰ３に電圧監視信号ＲＲＴに調整されて入力される。つまり、コンピュータ５０への入力電圧レベルを５Ｖ以下に調整するため、図２に示したように抵抗器６９、７０で選択信号ＲＳＳを所定の割合（具体的には１／４）に分圧して、電圧監視信号ＰＲＴとしてポートＰ３に入力される。そして、ヒートパターン選択手段として機能するＣＰＵ５３は、当該ポートＰ３に入力された選択信号ＲＳＳの信号データパターンを読み取って識別し、対応するヒートパターンをＲＯＭ５５から読み出す。この方法によると、ＣＰＵ５３はポートＰ３を監視することにより、選択信号ＲＳＳの信号データパターンの識別を簡易な処理にて迅速に行なうことができる。
【００４０】
なお、監視すべきポートの数は増加するが、複数のポートに選択信号を入力可能としておき、どのポートに選択信号が入力されたかにより、選択すべきヒートパターンを特定するようにしてもよい。また、割り込み信号入力端子（ＩＮＴ１，ＩＮＴ２）にエッジトリガ信号を入力し、ヒートパターンの選択を割り込み処理にて行なうようにしてもよい。この場合は、コネクタ１５に、割り込み信号を取り扱うための端子を別途設ける必要がある。
【００４１】
本実施形態においては、ヒータ電源電圧Ｖ_ＢＴはバッテリー電圧であり、負荷変動やオルターネータからの交流重畳、さらにはバッテリーの劣化状況等により、９Ｖ〜１６Ｖの比較的広い範囲で変動する。これをヒータ５１の電源として用いる場合、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源を用いて安定化してから用いる方法もある。しかし、ヒータ５１が比較的大きな電力を消費することもあって、電源回路の追加に相当のコストを要する問題がある。特に、図２に示すような小型のセンサユニットが求められる場合には、大型電源の搭載がスペース上不可能であることも多い。
【００４２】
そこで、上記の実施形態にあっては、ヒータ制御部として機能するコンピュータ５０は、電圧変動の見込まれるヒータ電源電圧Ｖ_ＢＴの電圧値ＲＳＳを電圧監視信号ＲＲＴとして測定し、ヒートパターン１５７が規定する目標ヒータ出力値が得られるように、測定された電圧値に応じてデューティ比ＤＲＶを定める。そして、該デューティ比ＤＲＶによりヒータ電源電圧Ｖ_ＢＴを、トランジスタ７３，７４を用いてスイッチングするにより、ヒータ５１の出力を制御する。このようにすると、電源電圧Ｖ_ＢＴが変動しても、これをリアルタイムに測定し、その電源電圧Ｖ_ＢＴを用いたときに、要求されるヒータ出力Ｗを充足するデューティ比ＤＲＶをその都度算出して設定するので、高価な電源ＩＣを用いずともヒータ出力を正確にコントロールすることが可能である。
【００４３】
図１１に、図１０に示すメインルーチンのＳ４におけるヒータ駆動処理の流れを示す。なお、図１１に処理を行うにあたって、図１０のＳ１の初期化処理において、電力指示値Ｗ（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）が設定されている。ここで、電力指示値Ｗの初期値については、本実施形態では、７Ｖ相当の電圧をヒータ５１に印加する際のデューティ比ＤＲＶ（以下、第１デューティ比ＤＲＶ１という）を算出するための初期値Ｗ１＝４９（＝７Ｖの２乗）、６．３Ｖ相当の電圧をヒータ５１に印加する際のデューティ比ＤＲＶ（以下、第２デューティ比ＤＲＶ２という）を算出するための初期値Ｗ２＝４０（＝６．３Ｖの２乗）、５Ｖ相当の電圧をヒータ５１に印加する際のデューティ比ＤＲＶ（以下、第３デューティ比ＤＲＶ３という）を算出するための初期値Ｗ３＝２５（＝５Ｖの２乗）を設定している。電圧に対し電力は電圧の２乗の関係を有するからである。
【００４４】
まず、Ｓ５１にて、図１０のメインルーチンの処理が開始してからタイマ変数が１０秒を経過したか否か判断する。経過前の場合にはＳ５２に進み、経過した場合にはＳ５４に進む。
【００４５】
Ｓ５２では、取得した電圧監視信号ＲＲＴの電圧値ＶＳ（選択信号ＲＳＳの電圧値を１／４に分圧した値）を用いて、第１デューティ比ＤＲＶ１を、ＤＲＶ１＝Ｗ１／（ＶＳ／４）^２（＝Ｗ１／ＲＳＳの電圧値の２乗）によって算出する。その後、Ｓ５３において、得られた第１デューティ比ＤＲＶ１に従ってポートＰ４よりＰＷＭ出力し、ヒータ５１を第１デューティ比ＤＲＶ１でパルス駆動する。このようにして、ヒータ５１には、７Ｖ相当の電圧を印加したのと同様の電力が投入される。
【００４６】
一方、Ｓ５１にて肯定判定されてＳ５４に進むと、検査予熱用ヒートパターンが選択されているか否かを判断する。検査予熱用ヒートパターンが選択されている場合にはＳ５７に進み、選択されていない場合にはＳ５５に進む。Ｓ５７では、取得した電圧監視信号ＲＲＴの電圧値ＶＳ（選択信号ＲＳＳの電圧値を１／４に分圧した値）を用いて、第２デューティ比ＤＲＶ２を、ＤＲＶ２＝Ｗ２／（ＶＳ／４）^２（＝Ｗ２／ＲＳＳの電圧値の２乗）によって算出する。その後、Ｓ５８において、得られた第２デューティ比ＤＲＶ２に従ってポートＰ４よりＰＷＭ出力し、ヒータ５１を第２デューティ比ＤＲＶ２でパルス駆動する。このようにして、ヒータ５１には、６．３Ｖ相当の電圧を印加したのと同様の電力が投入される。
【００４７】
一方、Ｓ５４で否定判定されると、Ｓ５５にて検査センシング用ヒートパターンが選択されているか否かを判断する。検査センシング用ヒートパターンが選択されている場合にはＳ６１に進み、選択されていない場合にはＳ５６に進む。Ｓ６１では、取得した電圧監視信号ＲＲＴの電圧値ＶＳ（選択信号ＲＳＳの電圧値を１／４に分圧した値）を用いて、第３デューティ比ＤＲＶ３を、ＤＲＶ３＝Ｗ３／（ＶＳ／４）^２（＝Ｗ３／ＲＳＳの電圧値の２乗）によって算出する。その後、Ｓ６２において、得られた第３デューティ比ＤＲＶ３に従ってポートＰ４よりＰＷＭ出力し、ヒータ５１を第３デューティ比ＤＲＶ３でパルス駆動する。このようにして、ヒータ５１には、５Ｖ相当の電圧を印加したのと同様の電力が投入される。
【００４８】
Ｓ５５にて否定判定されると、Ｓ５６にて図１０のメインルーチンの処理が開始してからタイマ変数が４０秒を経過したか否か判断する。経過前の場合にはＳＳ５７に進み、経過した場合にはＳ５９に進む。なお、このＳ５６に進んだ場合には、検査予熱用ヒートパターン、検査センシング用ヒートパターンのいずれも選択されなかったことになり、実センシング用ヒートパターンが選択されたことになる。
【００４９】
Ｓ５６にて否定判定された場合のＳ５７以降の処理は、上述した通りである。一方、Ｓ５６にて肯定判定されてＳ５９に進むと、Ｓ５９では、初期値Ｗ２が初期値Ｗ３と比較され、Ｗ２＞Ｗ３のときには、Ｓ６０に進む。Ｓ６０では、初期値Ｗ２が、Ｗ２＝Ｗ２−Δの式によって漸減処理される。本実施形態では、Δ＝０．２とした。従って、Ｓ６０を７５回通過すると、つまり３０秒（＝７５×０．４）経過すると、Ｓ５９でＷ２≦Ｗ３となり肯定判定され、Ｓ６１に進む。Ｓ６１以降の処理については、上述した通りである。
【００５０】
なお、Ｓ６０の漸減処理が行われてＳ５７に進んだ場合の当該Ｓ５７以降の処理は上述した通りである。但し、Ｓ６０で初期値Ｗ２を漸減させているので、Ｓ５７で算出される第２デューティ比ＤＲＶ２は、Ｓ５６で否定判定された場合にＳ５７にて算出される第２デューティ比ＤＲＶ２より次第に小さくなる。
【００５１】
このようにして、図１１に示すヒータ駆動処理では、図１０のＳ３にて選択されるヒートパターンに応じて、実センシング用ヒートパターン、検査予熱用ヒートパターン、検査センシング用ヒートパターンの３種を実行する。なお、実センシング用ヒートパターン、検査予熱用ヒートパターン、検査センシング用ヒートパターンは、いずれが選択される場合にも図１１に示すＳ５１〜Ｓ５３の処理は共通して実行される。これは、上述したように本実施形態では、７Ｖ相当の電圧を印加したのと同様の電力を投入する第１活性化促進期間１６５及び２６５を各ヒートパターンにおいても共通化させるようにして行っているからである。
【００５２】
なお、図１０のメインルーチンにＳ４として示すヒータ駆動処理を行うにあたっては、図１１に示したように演算式を用いてデューティ比ＤＲＶを算出する方法に限られず、マッピング処理によってデューティ比を算出するようにして行ってもよい。具体的には、図１３に示すように、種々の電圧監視信号ＲＲＴの電圧値Ｖ１、Ｖ２、・・・・Ｖｎにおいて目標電力値Ｗ１、Ｗ２、・・・・Ｗｎを与えるデューティ比ＤＲ_ｉｊ（ｉ＝１、２、・・・・ｎ、ｊ＝１、２、・・・・ｎ）の二次元のデューティ比変換テーブル（図２参照）を用意しておき、サンプリングされる電圧監視信号ＲＲＴの電圧値と目標電力値Ｗに対応するデューティ比ＤＲ_ｉｊの値を各ヒートパターンに沿って読み取り、そのデューティ比ＤＲ_ｉｊ用いることもできる。なお、電圧監視信号ＲＲＴと目標電力値の組みに直接対応するデューティＤＲ_ｉｊがテーブル１６０上に見出されなかった場合は、補間により算出することができる。
【００５３】
本実施形態においては、実使用時のガスセンサ実装先、ここでは自動車のバッテリー７５から供給されるヒータ電源電圧Ｖ_ＢＴを、実検知用ヒートパターン１５７の選択信号ＲＳＳとして流用する。他方、検査時にガスセンサ４が接続される検査側装置（本実施形態では、予熱装置を兼用した検査装置である）３６５にて、バッテリー７５とは別途の電源電圧を用いて、選択信号ＲＳＳとして意味付けられた経時的な電圧変化パターンを伴う電圧信号１６２，１６３（図８、図９）を生成し、該電圧信号を検査用ヒートパターンの選択信号ＲＳＳとして用いる。
【００５４】
この構成の利点は、以下の通りである。従来においても、自動車等の実装先にこの種のガスセンサを接続する場合は、図１のような３つの端子４８ａ〜４８ｃを有するコネクタ１５が使用される。先にも記載したように、この３つの端子は、ヒータ電源端子４８ａ、センサ出力端子４８ｂ及び接地端子４８ｃである。しかし、本発明のように、検査用のヒートパターンの選択信号ＲＳＳを制御装置９に入力できるようにする場合、選択信号ＲＳＳの入力系統を新たに設ける構成では、コネクタ１５に新たに選択信号ＲＳＳの入力端子を増設するなど、検査のみの目的でハードウェア上の構成変更が必要となり、無駄が多い。また、コネクタが相違したのでは、従来型のセンサとの互換性も当然確保できない。
【００５５】
しかしながら、図８及び図９に示すように、１つの電源電圧を用いて、選択信号ＲＳＳとして意味付けられた経時的な電圧変化パターンを伴う電圧信号１６２，１６３を生成し、これを選択信号ＲＳＳとして用いれば、電源電圧をＩ／Ｏ５６のポートＰ３を介して監視することにより、特にハードウェア上の変更を伴うことなく、制御装置９は選択信号ＲＳＳの信号データパターンを認識することが可能となる。ここで、図７に示すように、信号認識のために予め定められた期間（以下、信号識別期間という：０＜Ｔ＜Ｔ４）中、閾電圧Ｖｂよりも低レベルに維持される電源電圧波形１６１を、実使用時であることを識別するための選択信号ＲＳＳとして用いることができる。また、検査用ヒートパターン１５８，１５９が、ノイズ等の影響により実使用時に誤動作する不具合を防止する観点から、検査用ヒートパターン１５８，１５９として定められた電源電圧波形（図８、図９）以外の波形が認識された場合は、一律に実使用時であると判定するようにしてもよい。
【００５６】
選択信号は、例えば、２つの異なる電圧レベルの変化エッジを含む信号とすることができる。この変化エッジの、信号識別期間内における有無あるいは数、変化エッジの時間的位置、あるいは変化エッジの向き（つまり、高レベル電圧から低レベル電圧への変化であるか、あるいはその逆であるか）の少なくともいずれかを検出することにより、選択信号の種別を識別することができる。変化エッジを形成するための、２つの電圧レベルの差は、例えば１．５〜５Ｖ程度に設定することが望ましい。１．５Ｖ未満では変化エッジの誤検出が生じやすくなり、５Ｖを超えると、電圧レベルの差をマイコンの動作電圧の範囲内に収め切れなくなる。
【００５７】
電源電圧を２つの異なる電圧レベルの変化エッジを含む選択信号に変化させる方法は特に限定されないが、その一例を図４に示す。図４の信号発生回路３６５は、電源回路２６６の出力電圧ＶＳＳ（１６Ｖ：第１電圧）を分岐して、安定化電源回路２７０及び２７１（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータで構成できる）により、１２．５Ｖ（第二電圧：第一電圧より低い）及び５Ｖ（第三電圧：第二電圧より低い）の定電圧を生成する。１６Ｖ及び１２．５Ｖの各電圧は、スイッチ素子（リレーあるいはトランジスタで構成される）２６８及び２６９により切り換え出力される。５Ｖの電圧はその切り換え制御に使用する。
【００５８】
具体的には、該５Ｖ電圧は、最終的な信号波形に対応した周波数で発信する発振器２７２によりパルス化され、バイナリカウンタ２７６に入力される。バイナリカウンタ２７６はそのパルスを受けてカウントアップするとともに、各ビットの出力が、ＡＮＤゲートを組み合わせて構成されたマルチプレクサ２７３に入力される。マルチプレクサ２７３には、別途設定された回数設定信号が入力されており、カウント数が最終的な信号波形に必要な電圧切り換え回数に到達すると、該マルチプレクサ２７３は回数一致信号ＣＳを出力する。この回数一致信号ＣＳは、その後、バイナリカウンタ２７６がさらにカウントアップしてもアクティブレベルを保持するように、Ｄ型フリップフロップ２７４を介して最終段のスイッチ駆動ゲート２７５の一方の端子に入力され、他方の端子には、発振器２７２からの出力が入力される。該スイッチ駆動ゲート２７５はＯＲ回路であり、少なくとも一方の入力がアクティブとなったときに、出力がアクティブとなる。そして、その出力は、スイッチ２６８と２６９との一方にはそのままの形で、他方にはインバータ２７６により反転させた形で、それぞれ入力される。その結果、カウント数が設定回数に到達するまでは１６Ｖと１２．５Ｖとが交互に切り換わり、以降は１２．５Ｖが保持される波形が生成される。このようにして、図８あるいは図９に示すような、２レベル間で電圧がステップ状に変化する信号波形を形成することができる。
【００５９】
なお、変化エッジの検出は、電源電圧をＩ／Ｏ５６のポートＰ３を介して監視して、予め定めた閾値Ｖｂよりも高レベルの電圧（ＶＨ）と、同じく低レベルの電圧（ＶＬ）との間で変化が起きたかどうかを調べることにより検出ができる。他方、先に測定した電圧レベルを記憶しておき、これを現在の電圧レベルと比較して、予め定められた幅（例えば３Ｖ）以上の電圧変化が現れた場合にエッジ検出とする方法も採用可能である。
【００６０】
図１２は、図１０に示すメインルーチンのＳ３における選択信号検出処理、すなわち電源電圧に反映された選択信号ＲＳＳを検出する処理の流れを示すものである。この例では、閾電圧Ｖｂとの大小関係を用いて電圧エッジ検出を行っている。まず、Ｓ１０１で、図１０に示すＳ２にて検出された電圧監視信号ＲＲＴの電圧値Ｖｓをリードする。Ｓ１０２ではその値が閾値Ｖｂより小さいかどうかを判定し、Ｖｓ＞ＶｂであればＳ１０３に進んで、エッジ検出フラグＦ_Ｌをリードする。このフラグは、先の測定でＶｓ＞Ｖｂであったとき第一値（以下、「１」とする）、Ｖｓ＜Ｖｂであったとき第二値（以下、「０」とする）に設定されるものであり、初期化処理においては、本実施形態では「０」に設定される。もしその値が「０」（つまり、先の測定でＶｓ≦Ｖｂ）であったなら、現在はＶ_Ｓ＞Ｖｂであるから、ＶＬ→ＶＨの電圧エッジが生じたことになる。
【００６１】
本実施形態では、ノイズ等による誤検出を防止するために、Ｓ１０４〜Ｓ１０６において、エッジが出現すべきタイミングであるかどうかを確認する処理を行っている。図７〜図８に示すように、この例では、検査予熱用ヒートパターンの選択信号は、Ｔ＝Ｔ１，Ｔ３にてＶＨ→ＶＬの電圧エッジを、Ｔ＝Ｔ２にてＶＬ→ＶＨの電圧エッジをそれぞれ含み、検査検知用ヒートパターンの選択信号はＴ＝Ｔ１，Ｔ３にてＶＨ→ＶＬの電圧エッジ（以下、第一種エッジという）を、Ｔ＝Ｔ２，Ｔ４にてＶＬ→ＶＨの電圧エッジ（以下、第二種エッジという）をそれぞれ含む。従って、第二種エッジ判定を行なうＳ１０４〜Ｓ１０６では、エッジ検出された時刻のタイマー値Ｔをリードし（Ｓ１０４）、それがＴ２，Ｔ４からそれぞれ時間αまでの範囲内に収まっているかどうかを判定する（Ｓ１０５，Ｓ１０６）。収まっていれば、Ｓ１０７で第二種エッジの検出数カウンタＥｉをインクリメントし、Ｓ１０８でエッジ検出フラグＦ_Ｌを「０」とする。
【００６２】
他方、Ｓ１０２でＶｓ≦ＶｂであればＳ１０９へ進み、エッジ検出フラグＦ_Ｌをリードする。もしその値が「１」（つまり、先の測定でＶｓ＞Ｖｂ）であったなら、現在はＶ_Ｓ＞Ｖｂであるから、ＶＨ→ＶＬの電圧エッジ、つまり第一種エッジが生じたことになる。Ｓ１１０〜Ｓ１１２は、エッジが出現すべきタイミングであるかどうかを確認する処理であり、Ｓ１１０ではエッジ検出された時刻のタイマー値Ｔをリードし、それがＴ１，Ｔ３からそれぞれ時間αまでの範囲内に収まっているかどうかを判定する（Ｓ１１１，Ｓ１１２）。収まっていれば、Ｓ１１３で第一種エッジの検出数カウンタＥｊをインクリメントし、Ｓ１１５でエッジ検出フラグＦ_Ｌを「１」とする。
【００６３】
Ｓ１１５では再びタイマー値Ｔをリードし、信号識別期間の終了時刻Ｔ５（例えば、７５秒）に到達したかどうかを確認する。到達していなければ本選択信号検出処理を抜けメインルーチン（図１０）に戻る。他方、到達していれば、（Ｅｊ，Ｅｉ）の値の組をリードし、この値が（２，２）であれば、図９の検査検知用ヒートパターンの選択信号１６３が検出されたことを意味するから、Ｓ１１９に進んで検査検知用ヒートパターンの選択を行なう。また、（Ｅｊ，Ｅｉ）が（２，１）であれば、図８の検査予熱用ヒートパターンの選択信号１６２が検出されたことを意味するから、Ｓ１２０に進んで検査予熱用ヒートパターンの選択を行なう。そして、（Ｅｊ，Ｅｉ）がそれ以外の値であれば、実検知用ヒートパターンとなり、本選択信号検出処理を抜けメインルーチン（図１０）に戻る。
【００６４】
なお、選択信号検出処理のループは上記Ｓ１０２〜Ｓ１１４の各ステップを含むが、そのループ繰返し周期は、どの分岐処理を行なうかによって変動はするものの、ほぼ一定の時間内に収まっている。このことに着目して、本実施形態では処理の迅速化を図るため、ポートリード時にその都度タイマーにアクセスすることは行なっていない（つまり、ポートアクセス周期は、分岐処理の内容によって変動する）。その代わり、エッジが現れたときにはタイマーで現在時刻Ｔを確認するとともに、ループ繰返し周期の変動幅を見込んでタイミング判定マージンαを定め、αの範囲内に現在時刻Ｔが収まっていればエッジ検出として判定するようにしてある。
【００６５】
また、エッジ検出フラグＦ_Ｌを立てる代わりに、前回の電圧測定値Ｖａそのものを記憶し、現在の測定値Ｖｂとの差ΔＶ_Ｓ＝Ｖｂ−Ｖａを算出して、その差ΔＶ_Ｓが＋ΔＶ_Ｓ０以上（Ｖａ＞Ｖｂなので第一種エッジ）、あるいは−ΔＶ_Ｓ０以下（Ｖａ＜Ｖｂなので第二種エッジ）となっているかどうかを判定するようにしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、選択信号をエッジ優先の信号として形成していたが、レベル優先の信号を使用することもできる。図１４は、２レベルの電圧の一方（図ではＶＬ）に保持される時間Ｔｈにより、選択信号の識別を行なう例を示している。
【００６７】
検査工程を含めた上記ガスセンサユニット１の製造工程の概略は、例えば以下のように実施することができる。すなわち、図１のようなガスセンサユニット１を組み立てた後、図５に示す雰囲気形成チャンバ９０内に配置し、さらに予熱処理用制御装置に接続する。このよう予熱処理用制御装置は予熱処理用の選択信号ＲＳＳを送信する機能を有していればよく、例えば単なる信号発生装置として構成しておくだけでもよいが、本実施形態では図４に示す検査装置３６５に兼用させている。次に、雰囲気形成チャンバ９０内にエージング用ガスＴＳＧを導入する。エージング用ガスＴＳＧは、還元性ガス（例えばＣＯ）に対する選択性を有した第１種検知素子５ａの予熱処理を行う場合には、検査検知時の後述する検査用ガスよりも高濃度に還元性ガス成分を含有したものを使用する。また、酸化性ガス（ＮＯ_２）に対する選択性を有した第二種検知素子５ｂの予熱処理を行う場合には、検査検知時の後述する検査用ガスよりも高濃度に酸化性ガス成分を含有したものを使用する。もちろん、これら２つの検知素子５ａ、５ｂの予熱処理を個別に行うことができる。この状態で、予熱処理用制御装置（検査装置３６５）側から予熱処理用の選択信号ＲＳＳをガスセンサユニット１の制御装置９に送信する。これを受けた制御装置９は、検査予熱用ヒートパターン１５８（図６）を選択し、ヒータ５１を該ヒートパターン１５８に従って発熱駆動することにより、予熱処理を行う。
【００６８】
予熱処理が終了したガスセンサユニットは、図４に示すような検査装置３６５に接続する。検査装置３６５は、検査検知用の選択信号（図９に示す符号１６３）を制御装置９に送信する。該選択信号を受けたガスセンサユニットの制御装置９は、検査検知用ヒートパターン１５９（図６）を選択し、ヒータ５１を該ヒートパターン１５８に従って発熱駆動する。既に予熱が終了しているので、第一活性化促進期間１６５のみ短縮された活性化処理がなされ、活性化維持期間１６７に移行後、ヒータ温度が安定化する一定時間が経過した後、検査処理が可能となる。
【００６９】
検査処理は、ガスセンサ４を図５に示した雰囲気形成用チャンバ９０と同様の構造の検査用チャンバ内に配置させ、例えば検査用ガスをチャンバ内に供給して、ガス濃度信号ＦＣＳをモニタすることにより行なうことができる。図４において、コネクタ１５のセンサ出力端子４８からガス濃度信号ＦＣＳが検査用コンピュータ２６７に入力され、例えばガス濃度信号ＦＣＳがハイレベル出力を出力しているかどうかにより、良・不良の判定がなされる。つまり、ガス濃度信号ＦＣＳをハイレベル出力とさせるべき所定濃度の特定ガス（還元性ガス、酸化性ガス）を含んだ検査用ガスを、チャンバ内に予め決められたタイミングで供給したときに、検知素子５ａ、５ｂの活性化が早期に進む場合には、検知素子５ａ、５ｂの検知能に優れる（換言すれば、特定ガスに対する検知素子５ａ、５ｂの抵抗Ｒｇ、Ｒｄの変化が大きく現れる）ことから、検査用ガスの供給を受けてハイレベル出力を示す（良判定を示す）ことになるのである。不良判定されたセンサユニットはロットから除外・選別され、良判定されたセンサユニットのみが出荷される。出荷されたガスセンサユニットは、図３に示すように自動車のフラップ制御装置１００に接続される。バッテリー７５からの電源電圧を受電した制御装置９は、図７のようなほぼ一定の電源電圧を、実検知の選択信号として認識し、図６の実検知用ヒートパターン１５７を選択して、フラップ制御用のガス検知に実使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスセンサユニットの構成例を示す分解斜視図。
【図２】本発明に係るガスセンサの制御装置の、内部構成の一例を示す回路図。
【図３】図１のガスセンサユニットの実装先の一例として、車両用フラップ制御装置を模式的に示す図。
【図４】検査装置の構成例を示すブロック図。
【図５】予熱処理の様子を示す概念図。
【図６】ヒートパターンの設定例を示す図。
【図７】実検知用ヒートパターンの選択信号の例を示すタイミング図。
【図８】検査予熱用ヒートパターンの選択信号の例を示すタイミング図。
【図９】検査検知用ヒートパターンの選択信号の例を示すタイミング図。
【図１０】ヒータ制御プログラムの処理フローの概略を示す図。
【図１１】ヒータ駆動処理フローの概略を示す図。
【図１２】選択信号の検出プログラムの処理フローの一例を示す図。
【図１３】デューティ比設定テーブルの概念図。
【図１４】選択信号の変形例を示す概念図。
【符号の説明】
４　ガスセンサ
５　検知素子
９　制御装置
５０　コンピュータ（ヒートパターン選択手段、ヒータ駆動制御部５０）
５１　ヒータ
５３　ＣＰＵ
５４　ＲＡＭ
５５　ＲＯＭ（ヒートパターン記憶部）
ＲＳＳ　選択信号
Ｐ１〜Ｐ５　ポート
３　基板
Ｖ_ＢＴ　ヒータ電源電圧
１５７　実検知用ヒートパターン
１５８　検査予熱用ヒートパターン
１５９　検査検知用ヒートパターン
１６５，１６６，１６８　活性化促進期間
１６７　活性化維持期間
１６５　第一活性化促進期間
１６６　第二活性化促進期間
２６５　第一予熱期間
２６６　第二予熱期間
３６５　検査装置
Ｖ１　第一活性化促進電圧
Ｖ２　第二活性化促進電圧
Ｖ３　活性化維持電圧

Claims

加熱によりガス検知能が活性化される検知素子（５）と、該加熱を行なうために予め定められたヒートパターンに従い発熱駆動されるヒータ（５１）とを有したガスセンサ（４）の制御装置であって、
製品出荷後のガスセンサ（４）を、所望の環境のガス検知に実使用する際に用いる実検知用ヒートパターン（１５７）と、製品出荷前のガスセンサ（４）を検査するために用いる、前記実検知用ヒートパターン（１５７）とは異なる検査用ヒートパターン（１５８，１５９）と、のいずれかを選択するヒートパターン選択手段（５０）と、
当該選択されたヒートパターンに従い前記ヒータ（５１）を発熱駆動するヒータ駆動制御部（５０）と、
を有することを特徴とするガスセンサ制御装置。
前記実検知用ヒートパターン（１５７）と前記検査用ヒートパターン（１５８，１５９）とを記憶するヒートパターン記憶部（５５）を有し、前記ヒートパターン選択手段（５０）は、外部から取得する選択信号（ＲＳＳ）に基づいて、前記ヒートパターン記憶部（５５）から、その選択信号（ＲＳＳ）に対応するヒートパターンを読み出すものである請求項１記載のガスセンサ制御装置。
前記ヒートパターン選択手段と前記ヒータ駆動制御部とは、ＣＰＵ（５３）、ＲＡＭ（５４）及びＲＯＭ（５５）を有するコンピュータ（５０）上において、前記ヒートパターン記憶部となる前記ＲＯＭ（５５）内に記憶されたヒータ制御プログラム（１５６）を前記ＣＰＵ（５３）が実行することにより機能実現されるものであり、
前記選択信号（ＲＳＳ）は、選択可能なヒートパターン（１５７，１５８，１５９）に一対一に対応した複数の信号データパターン（１６１，１６２，１６３）が予め定められており、前記コンピュータ（５０）のデータ入出力インターフェース（５６）において予め定められた１つのポート（Ｐ３）に前記選択信号（ＲＳＳ）の信号データパターンが選択して入力され、前記ヒートパターン選択手段として機能する前記ＣＰＵ（５６）は、当該ポート（Ｐ３）に入力された信号データパターンを読み取って識別し、対応するヒートパターンを前記ＲＯＭ（５５）から読み出す請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
前記検知素子（５）が前記コンピュータ（５０）とともに同一基板（３）上に実装されている請求項３に記載のガスセンサ制御装置。
前記実使用時のガスセンサ実装先から供給されるヒータ電源電圧（Ｖ_ＢＴ）を、前記実検知用ヒートパターン（１５７）の選択信号（ＲＳＳ）として流用する一方、
検査時にガスセンサが接続される検査側装置（１６５）にて、別途の単一電源から供給される電源電圧を用いて、前記選択信号（ＲＳＳ）として意味付けられた経時的な電圧変化パターンを伴う電圧信号（１６２，１６３）を生成し、該電圧信号を前記検査用ヒートパターンの選択信号として用いる請求項２ないし４のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
前記検査用ヒートパターンとして、検査用ガスを用いた検査検知を行なう検査検知用ヒートパターン（１５９）が用意され、
前記実検知用ヒートパターン（１５７）と前記検査検知用ヒートパターン（１５９）とは、いずれも、前記検知素子（５）の温度を前記活性化状態に維持可能な一定の活性化維持電圧（Ｖ３）により前記ヒータを発熱駆動する活性化維持期間（１６７）と、前記活性化維持期間（１６７）に先立って前記ヒータ（５１）を前記活性化維持電圧（Ｖ３）よりも高い活性化促進電圧（Ｖ１，Ｖ２）にて発熱駆動する活性化促進期間（１６５，１６６，１６８）とを有し、
前記検査検知用ヒートパターン（１５９）の活性化促進期間（１６５）が、前記実検知用ヒートパターン（１５７）の活性化促進期間（１６５，１６６，１６８）よりも短く設定されてなる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
前記実検知用ヒートパターン（１５７）の活性化促進期間（１５６，１６６，１６８）には、前記活性化維持電圧（Ｖ３）よりも高い第一活性化促進電圧（Ｖ１）にて一定保持する第一活性化促進期間（１６５）と、該第一活性化促進電圧（Ｖ１）と前記活性化維持電圧（Ｖ３）との中間に設定された第二活性化促進電圧（Ｖ２）にて一定保持する第二活性化促進期間（１６６）とが設定され、
前記検査検知用ヒートパターン（１５９）の活性化促進期間（１６５）には、前記第一活性化促進電圧（Ｖ１）による第一活性化促進期間（１６５）のみが、前記実検知用ヒートパターン（１５７）の活性化促進期間の全体（１５６，１６６，１６８）より短くなるように設定されてなる請求項６記載のガスセンサ制御装置。
前記検査用ヒートパターンとして、前記検査検知に先立って前記検知素子（５）を予熱処理するために、前記ヒータ（５１）を前記活性化維持電圧（Ｖ３）よりも高い活性化促進電圧（Ｖ１，Ｖ２）にて発熱駆動する検査予熱用ヒートパターン（１５８）が用意されている請求項６又は７に記載のガスセンサ制御装置。
前記実検知用ヒートパターン（１５７）の活性化促進期間（１５６，１６６，１６８）には、前記活性化維持電圧（Ｖ３）よりも高い第一活性化促進電圧（Ｖ１）にて一定保持する第一活性化促進期間（１６５）と、該第一活性化促進期間（１６５）に引き続いて、前記第一活性化促進電圧（Ｖ１）と前記活性化維持電圧（Ｖ３）との中間に設定された第二活性化促進電圧（Ｖ２）にて一定保持する第二活性化促進期間（１６６）とが設定され、
前記検査予熱用ヒートパターン（１５８）には、前記第一活性化促進電圧（Ｖ１）にて保持される第一予熱期間（２６５）と、前記第二活性化促進電圧（Ｖ２）にて前記実検知用ヒートパターン（１５７）の第二活性化促進期間（１６６）よりも長時間保持される第二予熱期間（２６６）とを有する請求項８記載のガスセンサ制御装置。
請求項７の構成を前提とし、前記実検知用ヒートパターン（１５７）及び前記検査検知用ヒートパターン（１５９）の各前記第一活性化促進期間（１６５）と、前記検査予熱用ヒートパターン（１５８）の第一予熱期間（２６５）とが同一時間に設定される請求項９記載のガスセンサ制御装置。
請求項１ないし１０のいずれかに記載の構成を有したガスセンサ制御装置を前記検知素子（５）とともに検査装置（３６５）に接続し、その状態で前記検査用ヒートパターン（１５８，１５９）を選択し、該検査用ヒートパターン（１５８，１５９）に従って前記ヒータ（５１）を発熱駆動することにより前記検知素子（５）を加熱・活性化し、その活性化した検知素子（５）に検査用ガスを用いた検査検知を行なわせ、その検知結果に基づいて前記検知素子（５）の品質検査を行なうことを特徴とするガスセンサの検査方法。
請求項８の構成を有したガスセンサ制御装置を用い、前記検査検知に先立って、検査予熱用の装置に該ガスセンサ制御装置を前記検知素子（５）とともに接続し、その状態で前記検査予熱用ヒートパターン（１５８）を選択し、該検査予熱用ヒートパターン（１５８）に従って前記ヒータ（５１）を発熱駆動することにより前記検知素子（５）を予熱処理する請求項１１記載のガスセンサの検査方法。
請求項１１又は１２に記載のガスセンサの検査方法により、ガスセンサ（４）の検知素子（５）の品質検査を行なう検査工程と、
その検査結果に基づいて、前記ガスセンサ（４）の選別を行なう選別工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。