JP2007040837A - ヒータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータのリード線と電極部との接合部の耐久性を向上させることができるヒータシステムを提供すること。
【解決手段】電気的絶縁材料からなるヒータ基材２と、該ヒータ基材２に形成された発熱部と一対の電極部３２とを有するヒータパターンと、電極部３２に電気的に接続されたリード線４とを有するヒータ１と、リード線４を介して一対の電極部３２の間に電圧を付与する通電制御装置５０とを有するヒータシステム１０。リード線４と電極部３２との接合部１１は、異種金属間の接合となっている。ヒータシステム１０は、一対の電極部３２の間に反対極性の電圧を交互に繰り返し付与するよう構成した極性制御手段５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱部を有するヒータパターンに電流を供給することにより発熱するヒータと、該ヒータへの通電を行う通電制御装置とを有するヒータシステムに関する。

例えば、自動車エンジンの排気管等には、排気ガス中の酸素濃度やＮＯｘ濃度等を測定して、エンジンの燃焼制御等に用いるガスセンサを設置する。
上記ガスセンサは、ガス濃度を検出する検出素子と、該検出素子を素子活性温度に加熱するためのヒータとを有する。検出素子は活性温度に加熱してやらねば正確なガス濃度の測定ができないため、ヒータを設ける必要がある。

そして、後述する図４に示すごとき、有底のコップ型の固体電解質体６９を備えたガスセンサ６に内蔵して用いるヒータの一例として、図１３に示すような構成のヒータ９が知られている。
すなわち、該ヒータ９は、セラミック製のヒータ基材９２と、該ヒータ基材９２に形成された発熱部（図示略）と一対の電極部９３とと、電極部９３に電気的に接続されたリード線９４とを有する（特許文献１参照）。Ｎｉを主成分とする上記リード線９４は、図１５（ａ）に示すごとく、電極部９３に対して、Ａｕ／Ｃｕ合金からなるロウ材９１１を用いて接続されている。
そして、上記リード線９４を通じて電力を与えることで、ヒータ９が発熱する。

特開平１１−２９２６４９号公報 特開昭６２−７３１５１号公報 特開２０００−３１０６１１号公報

しかしながら、上記ヒータ９において、リード線９４を接続した接続部９１において導通不良等の不具合が発生することがあった。導通不良が生じたヒータ９を調べると、接続部９１が腐食していた。
具体的には、例えば、図１５（ａ）に示すごとく、リード線９４を電極部９３に取り付けるロウ材９１１とリード線９４との界面に亀裂９５が入り、図１５（ｂ）に示すごとく、リード線９４が電極部９３から脱落する等のの不具合が生じていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、リード線と電極部との接合部の腐食を防いでリード線と電極部との導通不良が生じ難いヒータシステムを提供しようとするものである。

なお、ヒータパターンへ極性の異なる電圧を交互に印加したり、ヒータパターンへ交流電流を流したりする方法については、下記の引用文献２、３に記載されている。しかしながら、これらの技術は、異種金属間の接合となっている電極部とリード部との接合部の腐食を防ぐものではない。

本発明は、電気的絶縁材料からなるヒータ基材と、該ヒータ基材に形成された発熱部と一対の電極部とを有するヒータパターンと、上記電極部に電気的に接続されたリード線とを有するヒータと、上記リード線を介して上記一対の電極部の間に電圧を付与する通電制御装置とを有するヒータシステムであって、
上記リード線と上記電極部との接合部は、異種金属間の接合となっており、
上記一対の電極部の間に反対極性の電圧を交互に繰り返し付与するよう制御する極性制御手段を有することを特徴とするヒータシステムにある（請求項１）。

上述した図１５に示す接合部９１における腐食、断線は、Ａｕ／Ｃｕ合金からなるろう材とＮｉからなるリード線９４との接合界面において、リード線９４の接合界面が溶出することにより発生している。
この腐食、断線の原因について、発明者は以下のように考えている。

上記ヒータ９においては、電極部９３とリード部９４とがろう材によってろう付け接合されている。ろう材はＡｕ／Ｃｕ合金からなり、リード線９４はＮｉからなる。
そして、ヒータ９を内蔵したガスセンサにおいては、排ガスが電極部９３とリード線９４との接合部９１へ達しないように気密性を保つ構成としているが、近年の排ガス温度の上昇等に起因して、気密性が低下し、排ガスが上記接合部９１へ達することもある。

これにより、排ガス中の腐食要因となる物質（窒素酸化物等）が電極部９３とリード部９４との接合部９１に達するおそれがある。また、接合部９１には、排ガス中の水蒸気が付着したり、停車時等に結露するおそれもある。
更に上記接合部９１の配設位置は、ガスセンサの外気取り入れ口から周囲の外気が取り込まれる位置であり、外気に含まれる水蒸気が常に存在する。
その結果、電極部９３とリード部９４との接合部９１は腐食に関連するような水環境が出来る可能性がある。

また、本来一対の電極部９３の間はヒータ基材９２の表面に形成され互いに絶縁されている。上述のごとく、水分が付着しある種の水環境が作られると本来絶縁されている電極間の絶縁抵抗が低下する。

電極間に上記のような水環境ができた状態でヒータ９に、図１４（ａ）に示すような通電が行われると、本来絶縁されていた一対の電極部９３の間はヒータ基材９２の表面に出来た水環境を介して電極部９３の間をそれぞれ正極、陰極にバイアスする新たな経路が形成され、その水環境を介して本来存在しない漏れ電流が、図１４（ｂ）に示すごとく流れることが可能になる。結果として外部から電気的な影響を受ける構造が発生し、場合により腐食反応が電気化学的に促進される。

更に、この水環境中に排ガス等の腐食要因となる物質（窒素酸化物等）が溶解する場合、溶解した物質のイオン化により電気伝導性が増加し、漏れ電流が更に流れやすくなる。結果として電気化学反応に基づく腐食反応が進行しやすくなる。

同時に、上記の電極部９３に水環境が出来るような状態でヒータパターンに通電させる際に、ろう材のＡｕ又はＣｕとリード線９４のＮｉとの間のイオン化傾向の差が顕在化する。
即ち本来接合部９１の異種金属間で平衡を維持していたものが、外部から余分な電気エネルギーが供給されることによりその平衡状態からずらされるようになる。特に陽極側の電極部９３ｂにおいては、相対的にイオン化傾向の高い卑な金属がイオン化して溶け出す陽極反応が進行する。

陽極側の電極部９３ｂにおいてイオン化し溶け出したＮｉイオンは陰極側の電極部９３ａに向かって移動する。このような反応が継続的、または断続的であるが積算的に起きる場合、これにより、リード線９４とろう材９１１との界面において、リード線９４の溶出が連続、または断続的ではあるが積算的に起こり、接合部９１の腐食が進行し、最終的に断線に至ると考えられる。

また、陰極側の電極部９３ａへ向かって移動したＮｉイオンは陰極側で還元析出していくと考えられる。
それ故、図１４（ａ）に示すような従来のヒータの駆動法では上記の漏れ電流が一定の方向へ流れ続けることにより、陽極側の電極部９３ｂからＮｉが次々と溶出することとなり腐食が進行し最終的に断線に至ると考えられる。

そこで漏れ電流の偏りをなくし、更に腐食に関連する漏れ電流量を実効的に抑制、軽減するため、一対の電極部９３の間に双方向に漏れ電流が流れるような通電制御構成とすることにより、リード線９４の溶出を抑制することが可能となると考えられる。
かかる観点から、発明者は、本発明をなすに至った。ただし、上記のリード線の腐食のメカニズムについては、あくまでも発明者の推測であり、本発明は、必ずしも上記メカニズムに基づく通電不良に対応するものに限定されるものではない。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ヒータにおいては、上記極性制御手段が、上記一対の電極部の間に反対極性の電圧を交互に繰り返し付与するよう構成してある。これにより、上記電極部とリード部との接合部の腐食を防ぐことができる。
即ち、仮に、一対の電極部の間におけるヒータ基材の表面に水分や腐食物質等が付着し腐食環境が発生した場合においても、一対の電極部に上記のごとく交互に反対極性の電圧を付与することにより、接合部の腐食を抑制することができる。
その結果、リード部の脱落を防ぎ、接合部の耐久性を向上させることができる（実施例７参照）。なお、接合部の腐食の抑制効果のメカニズムについての発明者の考察は後述する。
また、上記一対の電極部の間に反対極性の電圧を交互に繰り返し付与することで、発熱部におけるマイグレーションも抑制することができる。これにより、発熱部における断線も抑制することができる。

以上のごとく、ヒータのリード線と電極部との接合部の耐久性を向上させることができるヒータシステムを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記接合部は、リード線と電極部とが直接互いに異種金属間の接合となっていてもよいし、リード線と電極部との間に介在させる第３の金属と、リード線あるいは電極部との間の接合が異種金属間の接合となっていてもよい。
また、上記一対の電極部の間に付与する反対極性の電圧は、互いに同じ大きさの電圧であることが好ましい。
また、上記ヒータ基材は、例えばアルミナ等のセラミックによって構成することができる。

また、上記極性制御手段は、上記一対の電極部の間にかける電圧の極性の切替周波数を１Ｈｚ以上とするよう構成してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、電極部とリード線との接合部の腐食を効果的に防ぐことができる。
上記切替周波数が１Ｈｚ未満の場合には、上記接合部の腐食を充分に抑制することが困難となるおそれがある。
また、上記切替周波数は、上述の漏れ電流が飽和値に達する前に切り替え、漏れ電流を実効的に少なくする観点から、ヒータの発熱部に必要な電力を充分に供給でき、切り替えに伴う電磁ノイズが問題とならない範囲で可能な限り高い切替周波数であることが好ましい。

また、上記極性制御手段は、反対極性の２つの電源のいずれか一方を上記一対の電極部の間に接続することにより上記一対の電極部の間にかける電圧の極性を切り替える切替回路を有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、電圧の極性の切替を容易に行うことができると共に、プラス電源とマイナス電源との干渉を容易に防ぐことができる。

また、上記極性制御手段は、上記一対の電極部の間にかける電圧を連続的に掃引して極性を切り替えるよう構成してもよい（請求項４）。
この場合にも、電圧の極性の切替を容易に行うことができる。また、漏れ電流を少なくすることができ、接合部の腐食をより抑制することができる。

また、上記極性制御手段は、上記一対の電極部の間にかける電圧の極性の切替時に、通電を停止する時間帯を設けるよう構成してあることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記極性制御手段における短絡を防いで、極性制御手段を保護することができる。

また、上記極性制御手段は、上記一対の電極部の間にかける電圧の波形を、ピークに達する直前でなまらせるよう構成してあることが好ましい（請求項６）。
この場合には、ヒータパターンへ通電する電圧の極性を切り替えたときに、一時的に大きな電圧がかかるオーバーシュート或いはアンダーシュートが発生することを防ぎ、電極部とリード線との接合部の腐食を抑制することができる。
即ち、オーバーシュート或いはアンダーシュートが発生する場合、オーバーシュート或いはアンダーシュート時の過大な電圧変化が腐食反応部に負荷され、腐食反応が異常に促進する可能性がある。そのため、上記のごとくオーバーシュート或いはアンダーシュートの発生を防ぐことで、接合部の腐食を抑制することができる。

また、上記ヒータは、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子の温度を調整するためのヒータとすることができる（請求項７）。
この場合には、耐久性に優れたガスセンサ素子用のヒータを得ることができる。すなわち、ガスセンサ素子の温調に用いるヒータの電極部は、水分や腐食物質を含む排ガス等の被測定ガスに曝されて、腐食しやすい過酷な環境下におかれるおそれがある。かかる過酷な環境下においても、上記のような通電制御を行うことにより、接合部の腐食を抑制することができる。

また、上記接合部は、Ｎｉ−Ａｕ接合とすることができる（請求項８）。
この場合には、本発明の効果を充分に発揮することができる。即ち、ＮｉとＡｕとは、イオン化傾向の差が大きく、陽極反応によってＮｉがイオン化されて溶出しやすい。そこで、上述したような本発明の通電制御を行うことにより、Ｎｉの溶出を防ぎ、接合部の腐食を効果的に抑制することができる。

また、上記電極部と上記リード線とは、Ａｕ／Ｃｕ合金からなるろう材によってろう付け接合されており、上記リード線はＮｉからなることが好ましい（請求項９）。
この場合にも、本発明の効果を充分に発揮することができる。即ち、Ａｕ／Ｃｕ合金からなるろう材とＮｉからなるリード線との接合という観点からは、上記の構成は陽極反応によってリード線のＮｉが溶出しやすい条件にある。そこで、上述したような本発明の通電制御を行うことにより、Ｎｉの溶出を防ぎ、接合部の腐食を効果的に抑制することができる。

また、上記極性制御手段は、上記通電制御装置に組み込まれていることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、ヒータシステムの配線を容易に行うことができる。また、システム全体の小型化を図ることができる。

また、上記極性制御手段は、上記通電制御装置と上記ヒータとを接続するケーブルの途中に配設されていてもよい（請求項１１）。
この場合にも、ヒータシステムの配線を容易に行うことができる。

また、上記極性制御手段は、上記通電制御装置と上記ヒータとを接続するコネクタの内部に配設されていてもよい（請求項１２）。
この場合にも、ヒータシステムの配線を容易に行うことができる。

（実施例１）
本発明の実施例に係るヒータシステムにつき、図１〜図５を用いて説明する。
本例のヒータシステム１０は、図１〜図３に示すごとく、ヒータ１と該ヒータ１に電圧を供給する通電制御装置５０とを有する。
上記ヒータ１は、電気的絶縁材料からなるヒータ基材２と、該ヒータ基材２に形成された発熱部３１と一対の電極部３２とを有するヒータパターン３と、電極部３２に電気的に接続されたリード線４とを有する。また、通電制御装置５０は、リード線４を介して一対の電極部３２の間に電圧を付与する。

リード線４と電極部３２との接合部１１は、異種金属間の接合となっている。
そして、ヒータシステム１０は、図５（ａ）に示すごとく上記一対の電極部３２の間に反対極性の電圧を交互に繰り返し付与するよう制御する極性制御手段５を有する。
また、極性制御手段５は、一対の電極部３２の間にかける電圧の極性の切替周波数を１Ｈｚ以上としている。
また、上記一対の電極部３２の間に付与する反対極性の電圧は、互いに同じ大きさの電圧Ｖである。

また、上記接合部１１は、Ｎｉ−Ａｕ接合となっている。即ち、図２、図３に示すごとく、電極部３２とリード線４とは、Ａｕ／Ｃｕ合金からなるろう材１１１によってろう付け接合されており、リード線４はＮｉを主成分とするものからなる。

また、上記ヒータ基材２は、アルミナ等のセラミックによって構成してある。
そして、ヒータ基材２は、略円柱形状を有しており、セラミックからなる心棒２１の外周に、セラミックからなるシート状体２２を巻回してなる。該シート状体２２には、図２、図３に示すごとく、発熱部３１と、電極部３２と、両者の間に形成されたリード部３３及びスルーホール３４とからなるヒータパターン３が形成されている。発熱部３１及びリード部３３と、電極部３２とは、互いにシート状体２２の反対側の面に形成されている。そして、シート状体２２は、発熱部３１及びリード部３３が内側になるように、心棒２１に巻回されている。

また、電極部３２は、ヒータ１の基端部１２において、対角上に一対形成されている。そして、各電極部３２に、上述のごとくリード線４がろう材１１１によって接合されている。
また、一対の電極部３２のうちの一方の電極部３２ａは接地されている。そして、極性制御手段５は、他方の電極部３２ｂに対して、図５（ａ）に示すごとく、プラスの電圧（＋Ｖ）とマイナスの電圧（−Ｖ）とを交互に付与している。即ち、極性制御手段５は、図１に示すごとく、バッテリー５１の電力を基に、電極部３２ｂにプラスの電圧を付与するためのプラス電源５２と、電極部３２ｂにマイナスの電圧を付与するためのマイナス電源５３とを並列配置してなる。そして、ヒータパターン３への通電に使用する電源を、プラス電源５２とマイナス電源５３との間で交互に切り替えるための切替回路５４が設けてある。

また、ヒータ１は、排ガス等の被測定ガス中の酸素濃度等の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子６５の温度を調整するためのヒータである。即ち、ヒータ１は、図４に示すごとく、ガスセンサ６に内蔵されている。
ガスセンサ６は、筒型のハウジング６８と該ハウジング６８に挿通したコップ型のガスセンサ素子６５と、上記ハウジング６８の先端側に設けた被測定ガス側カバー６１と、ハウジング６８の基端側に設けた大気側カバー６２とを有する。

上記被測定ガス側カバー６１の内部は被測定ガス雰囲気の被測定ガス室６１０を構成し、ここに導入された排ガス等の被測定ガスに基づいて、上記ガスセンサ素子６５が酸素濃度等の特定ガス濃度の測定を行う。
大気側カバー６２の内部は大気雰囲気の大気室６２０を構成し、ガスセンサ素子６５の内部もこれに連通し、大気室６２０の一部を構成する。

上記ハウジング６８の内部には上記ガスセンサ素子６５が挿通されるが、両者の間には粉末シール材６３１、絶縁部材６３２が配置され、気密性、液密性が確保されている。
上記絶縁部材６３２の基端側はリング状部材６３４を介して、上記ハウジング６８の基端側が内側に曲げられて、かしめられている。

上記ガスセンサ素子６５は、有底筒型の固体電解質体６９の外側面と内側面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなる（図示略）。固体電解質体６９の内部に上記セラミックヒータ１が配置される。

また、ガスセンサ素子６５には、外側電極、内側電極とそれぞれ電気的に導通する接触端子６７１、６７２が設けてあり、該接触端子６７１、６７２は外部リード線６０３、６０４に接続される。
また、上記セラミックヒータ１の電極部３２に接続された２本のリード線４は、２本の外部リード線６０１（１本は図示略）にそれぞれ接続され、上記極性制御手段５（図１）に接続される。

極性制御手段５は、図６に示すごとく、上記通電制御装置５０としてのＥＣＵ（エンジン制御ユニット）に組み込まれている。通電制御装置５０は、ガスセンサ６と、ケーブル５５１、５５２、及びコネクタ５５３によって電気的に接続されている。ケーブル５５１は、ガスセンサ６の上記外部リード線６０３、６０４を通電制御装置５０に接続し、ケーブル５５２は、上記外部リード線６０１を通電制御装置５０における極性制御手段５に接続している。

通電制御装置５０は、例えば、ガスセンサ６からの信号を受け、該信号に基づき、エンジンにおける空燃比等を電子的に制御する。また、通電制御装置５０は、ヒータ１への通電も制御している。そして、通電制御装置５０からの指令に基づき、極性制御手段５が、上述のごとく、上記一対の電極部３２にかける電圧の極性を切り替える。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ヒータ１においては、上記極性制御手段５が、上記一対の電極部３２の間に反対極性の電圧を交互に繰り返し付与するよう構成してある。これにより、上記電極部３２とリード部４との接合部１１の腐食を防ぐことができる（実施例７参照）。
即ち、仮に、一対の電極部３２の間におけるヒータ基材２の表面に水分や腐食物質が付着した場合においても、一対の電極部３２に上記のごとく交互に反対極性の電圧を付与することにより、接合部１１の腐食を抑制することができる。
その結果、リード部４の脱落を防ぎ、接合部１１の耐久性を向上させることができる。

この接合部１１の腐食の抑制効果のメカニズムについて、発明者は次のように考えている。
上述したごとく、接合部９１（図１３、図１５）の腐食原因としては、本来絶縁されている電極９３間に流れる漏れ電流に起因するものが考えられる。即ち、電極９３間の絶縁抵抗が水分の結露等で低下した状態で、ヒータ通電が行われると、一対の電極部９３の間においてヒータ基材９２の表面を伝って本来存在しない微量の漏れ電流が流れるようになる（図１４）。その結果として、本来絶縁されていた電極部９３の間をそれぞれに陽極、陰極にバイアスする新たな経路が形成され、外部から電気的なエネルギーの影響を受ける構造が発生し、場合により電気化学的な腐食反応が促進することがある。

更にはこの水環境中に腐食要因物質が溶解する場合、溶解物質のイオンによる電気伝導性が更に増加し漏れ電流が多く流れるようになる。電気化学反応に基づく腐食反応が進行しやすくなる。
そして、一対の電極部９３の間におけるヒータ基材９２の表面を伝って流れる漏れ電流が、一方の電極部９３ｂから他方の電極部９３ａへ向かって一定の方向へ流れ続けることにより、上記一方の電極部９３ｂとリード線９４との接合部９１からＮｉが溶出し、腐食が発生し、最終的には断線に至ることが考えられる。

そこで、図５（ａ）に示すごとく、一対の電極部３２の間に反対極性の電圧を交互に付与することにより、図５（ｂ）に示すごとく、一対の電極部３２の間における漏れ電流が、一方の電極部３２ａ（３２ｂ）から他方の電極部３２ｂ（３２ａ）へ向かって一定の方向へ流れ続けることを防ぐことができる。

また、漏れ電流は、図５（ｃ）、（ｄ）に示すごとく、ヒータパターン３へ付与する電圧の立上り時においては、飽和電流値Ｉ₀に達するまでに多少の時間（飽和到達時間ｔ₀）がかかる。それ故、図５（ａ）に示すごとく、ヒータパターン３へ付与する電圧の極性の切替を、漏れ電流が飽和する前の短い周期で行えば、図５（ｂ）に示すごとく、漏れ電流を小さくすることができる。
このような電圧の極性の切替を繰り返し行うことにより、漏れ電流の総和を小さくすることができる。
その結果、接合部１１におけるリード線４のＮｉの溶出を抑制し、接合部１１の腐食を抑制することができるものと考えられる。

また、上記一対の電極部３２の間に反対極性の電圧を交互に繰り返し付与することで、発熱部３１におけるマイグレーションを抑制することもできる。これにより、発熱部３１における断線も抑制することができる。
また、一対の電極部３２の間にかける電圧の極性の切替周波数を１Ｈｚ以上としてあるため、電極部３２とリード線４との接合部１１の腐食を効果的に防ぐことができる。

また、上記ヒータ１は、上記ガスセンサ素子６５の温度を調整するためのヒータであるため、耐久性に優れたガスセンサ素子６５用のヒータ１とすることができる。すなわち、ガスセンサ素子６５の温調に用いるヒータ１の電極部３２は、水分や腐食物質を含む排ガス等の被測定ガスに曝されて、腐食しやすい過酷な環境下におかれるおそれがある。かかる過酷な環境下においても、上記のような通電制御を行うことにより、接合部１１の腐食を抑制することができる。

また、上記接合部１１は、Ｎｉ−Ａｕ／Ｃｕ接合としているため、本発明の効果を充分に享受することができる。即ち、ＮｉとＡｕとは、イオン化傾向の差が大きく、陽極反応によってＮｉがイオン化されて溶出しやすい。そこで、上述したような本発明の通電制御を行うことにより、接合部１１において相対的に卑な金属であるＮｉの溶出を防ぎ、接合部１１の腐食を効果的に抑制することができる。具体的には、電極部３２とリード線４とは、Ａｕ／Ｃｕ合金からなるろう材１１１によってろう付け接合されており、リード線４はＮｉからなる。Ａｕ／Ｃｕ合金からなるろう材とＮｉからなるリード線との接合という観点からは、上記の構成は、陽極反応によってリード線４のＮｉが溶出しやすい条件にある。そこで、上述したような本発明の通電制御を行うことにより、Ｎｉの溶出を防ぎ、接合部１１の腐食を効果的に抑制することができる。

以上のごとく、ヒータのリード線と電極部との接合部の耐久性を向上させることができるヒータシステムを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、極性制御手段５が、一対の電極部３２の間にかける電圧の極性の切替時に、通電を停止する時間帯Δｔを設けるよう構成してある例である。
即ち、電極部３２ｂに付与したプラスの電圧（＋Ｖ）を立ち下げた後、Δｔの時間だけ通電を停止して、その後、通電部３２ｂにマイナスの電圧（−Ｖ）を立ち上げる。更に、電極部３２ｂに付与したマイナスの電圧（−Ｖ）を立ち下げた後、Δｔの時間だけ通電を停止して、その後、通電部３２ｂにプラスの電圧（＋Ｖ）を立ち上げる。極性制御手段５は、このような通電を繰り返す。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、上記極性制御手段５における短絡を防いで、極性制御手段５を保護することができる。即ち、図５（ａ）に示すごとく、プラスの電圧（＋Ｖ）を立ち下げると同時にマイナスの電圧（−Ｖ）を立ち上げようとすると、場合によっては、プラス電源５２とマイナス電源５３とが一時的に短絡するおそれがある。そこで、図７に示すごとく、電圧の極性の切替時に通電を停止する時間帯Δｔを設けることにより、上記の短絡を確実に防ぐことができる。
また切替時に通電を停止する時間帯Δｔを変える制御をすることでヒータへの供給電力量を制御し、発熱部の温度調整を行うことに利用することもできる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、極性制御手段５が、一対の電極部３２の間にかける電圧の波形を、ピークに達する直前でなまらせるよう構成してある例である。
即ち、電圧の立上り時において、電圧値を一気にピーク（最大値である＋Ｖまたは−Ｖ）まで上げることなく、ピークの直前から徐々に電圧値を上げてピーク（＋Ｖまたは−Ｖ）に到達させる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、ヒータパターン３へ通電するの電圧の極性を切り替えたときに、一時的に大きな電圧がかかるオーバーシュート或いはアンダーシュートが発生することを防ぎ、電極部３２とリード線４との接合部１１の腐食を抑制することができる。即ち、電圧の立上り時においては、一時的に＋Ｖまたは−Ｖを超える大きな電圧がかかることがある（オーバーシュート、アンダーシュート）。これにより、接合部１１の腐食が大きく促進されるおそれがある。そこで、通電電圧波形をピークに達する直前でなまらせるよう制御することにより、オーバーシュート及びアンダーシュートの発生を防ぎ、接合部１１の腐食を防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、本例においても、実施例２と同様に電圧の極性の切替時に通電を停止する時間帯を設けてもよい。

（実施例４）
本例は、図９に示すごとく、極性制御手段５を、一対の電極部３２の間にかける電圧を連続的に掃引して極性を切り替えるよう構成してある例である。
この場合には、例えばアンプ等を用いて電圧を連続的に掃引しながら上記一対の電極部３２の極性をプラスからマイナス、或いはマイナスからプラスへ切り替える。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、電圧の極性の切替を容易に行うことができる。また、漏れ電流を少なくすることができ、接合部１１の腐食をより抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図１０に示すごとく、極性制御手段５を、通電制御装置５０としてのＥＣＵ（エンジン制御ユニット）とヒータ１とを接続するケーブル５５２の途中に配設した例である。
通電制御装置５０は、ケーブル５５１、５５２、及びコネクタ５５３によって、ガスセンサ６と電気的に接続されている。そして、ケーブル５５１は、ガスセンサ素子６５の出力端子に接続された外部リード線６０３、６０４を通電制御装置５０に接続し、ケーブル５５２は、ヒータ１のリード線４に接続された外部リード線６０１を通電制御装置５０に接続している。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、ヒータシステム１０の配線を容易に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例６）
本例は、図１１に示すごとく、極性制御手段５を、通電制御装置５０とヒータ１とを接続するコネクタ５５３の内部に配設した例である。
コネクタ５５３は、ガスセンサ６の外部リード線６０１、６０３、６０４の端子として設けてあり、通電制御装置５０に繋がるケーブル５５１、５５２と接続するよう構成されている。そして、上記コネクタ５５３の内部に、極性制御手段５を配設してある。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、ヒータシステム１０の配線を容易に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例７）
本例は、図１２に示すごとく、ヒータの一対の電極部の間にかける電圧の極性の切替周波数と、接合部の腐食寿命との関係につき調べた例である。
即ち、自動車エンジンの排気系と同等の腐食環境を作り出し、この腐食環境に、実施例１に示したヒータ１を配置する。そして、ヒータ１に通電したとき、電極部とリード線との接合部の腐食が発生する時間、即ち腐食寿命を測定した。

このとき、ヒータ１の一対の電極部の間にかける電圧の極性の切替周波数を種々変更したものについて同様の試験を行った。この中に、切替周波数０Ｈｚ、即ち極性の切り替えを行わず直流電圧を付与し続けたもの（従来の通電方式）もあり、これを比較例とした。
腐食寿命は、この比較例の腐食寿命を１として、これとの比で評価した。

なお、ここで腐食寿命とは、接合部において、リード線がろう材から分離（断線）するまで（図１５（ｂ）参照）の積算の通電時間をいうものとする。

測定結果を図１２に示す。
同図から分かるように、通電電圧の極性の切り替えを行うことにより、接合部の腐食寿命が延びる。また、通電電圧の極性の切替周波数を大きくするほど、接合部の腐食寿命が延びる。
そして、通電電圧の極性の切り替えを行わなかった比較例（切替周波数０Ｈｚ）の腐食寿命に対し、切替周波数を１Ｈｚ以上とした場合の接合部の腐食寿命は、７倍以上とすることができる。

なお、上記実施例においては、ヒータとして円筒形状のものを示したが、その形状は、板形状その他種々の形状とすることができる。
また、上記実施例においては、リード線と電極部とをろう材によってろう付けした構成を示したが、上記接合部は、リード線と電極部とが直接接触された状態であってもよい。そして、リード線と電極部とは溶接されていてもよいし、単なる押圧接触であってもよい。

実施例１における、ヒータシステムの説明図。 実施例１における、ヒータの縦断面説明図。 実施例１における、電極部とリード線との接合部の横断面説明図。 実施例１における、ガスセンサの縦断面説明図。 実施例１における、（ａ）ヒータパターンに通電する電圧の波形を示す線図、（ｂ）漏れ電流の波形を示す線図。 実施例１における、ガスセンサに用いたヒータシステムの説明図。 実施例２における、ヒータパターンに通電する電圧の波形を示す線図。 実施例３における、ヒータパターンに通電する電圧の波形を示す線図。 実施例４における、（ａ）ヒータパターンに通電する電圧の波形を示す線図、（ｂ）漏れ電流の波形を示す線図。 実施例５における、ガスセンサに用いたヒータシステムの説明図。 実施例６における、ガスセンサに用いたヒータシステムの説明図。 実施例７における、腐食寿命の測定結果を示す線図。 従来例における、ヒータシステムの説明図。 従来例における、（ａ）ヒータパターンに通電する電圧の波形を示す線図、（ｂ）漏れ電流の波形を示す線図。 従来例における、（ａ）接合部の腐食を示す説明図、（ｂ）接合部の脱落を示す説明図。

符号の説明

１ ヒータ
１０ ヒータシステム
１１ 接合部
２ ヒータ基材
３ ヒータパターン
３１ 発熱部
３２ 電極部
４ リード線
５ 極性制御手段
５０ 通電制御装置
６ ガスセンサ
６５ ガスセンサ素子

Claims (12)

1. 電気的絶縁材料からなるヒータ基材と、該ヒータ基材に形成された発熱部と一対の電極部とを有するヒータパターンと、上記電極部に電気的に接続されたリード線とを有するヒータと、上記リード線を介して上記一対の電極部の間に電圧を付与する通電制御装置とを有するヒータシステムであって、
   上記リード線と上記電極部との接合部は、異種金属間の接合となっており、
   上記一対の電極部の間に反対極性の電圧を交互に繰り返し付与するよう制御する極性制御手段を有することを特徴とするヒータシステム。
2. 請求項１において、上記極性制御手段は、上記一対の電極部の間にかける電圧の極性の切替周波数を１Ｈｚ以上とするよう構成してあることを特徴とするヒータシステム。
3. 請求項１又は２において、上記極性制御手段は、反対極性の２つの電源のいずれか一方を上記一対の電極部の間に接続することにより上記一対の電極部の間にかける電圧の極性を切り替える切替回路を有することを特徴とするヒータシステム。
4. 請求項１又は２において、上記極性制御手段は、上記一対の電極部の間にかける電圧を連続的に掃引して極性を切り替えるよう構成してあることを特徴とするヒータシステム。
5. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記極性制御手段は、上記一対の電極部の間にかける電圧の極性の切替時に、通電を停止する時間帯を設けるよう構成してあることを特徴とするヒータシステム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記極性制御手段は、上記一対の電極部の間にかける電圧の波形を、ピークに達する直前でなまらせるよう構成してあることを特徴とするヒータシステム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記ヒータは、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子の温度を調整するためのヒータであることを特徴とするヒータシステム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、上記接合部は、Ｎｉ−Ａｕ接合となっていることを特徴とするヒータシステム。
9. 請求項８において、上記電極部と上記リード線とは、Ａｕ／Ｃｕ合金からなるろう材によってろう付け接合されており、上記リード線はＮｉからなることを特徴とするヒータシステム。
10. 請求項１〜９のいずれか一項において、上記極性制御手段は、上記通電制御装置に組み込まれていることを特徴とするヒータシステム。
11. 請求項１〜９のいずれか一項において、上記極性制御手段は、上記通電制御装置と上記ヒータとを接続するケーブルの途中に配設されていることを特徴とするヒータシステム。
12. 請求項１１において、上記極性制御手段は、上記通電制御装置と上記ヒータとを接続するコネクタの内部に配設されていることを特徴とするヒータシステム。

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