JP2007171024A - センサ制御用回路ユニット、および検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサからの検出信号が入力される信号検出回路を備えたセンサ制御用基板、およびこのセンサ制御用基板を備えた検出装置において、フィルタ回路を設けない廉価な構成で、信号検出回路がノイズの影響を受けることがないようにする。
【解決手段】 ＮＯｘガスセンサ素子１０を駆動制御する制御用回路ユニット３０は、ヒータ回路１１およびヒータ端子部２１を接続する特定配線と、Ｉｐ２セル検出回路１３および特定配線の間に配置され、予め設定された基準電位となる基準電位部２５と、を備えている。従って、基準電位部２５がＩｐ２セル検出回路１３と特定配線とを電気的に隔てるので、特定配線を流れる電流によるノイズがＩｐ２セル検出回路１３に侵入することを防止することができる。よって、フィルタ回路を設けることなく、Ｉｐ２セル検出回路１３による信号検出精度を向上させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回路基板と、回路基板に配置され、センサからの検出信号が入力される信号検出回路と、を備え、センサを駆動制御するためのセンサ制御用回路ユニット、およびこのセンサ制御用回路ユニットとセンサとを備えた検出装置に関する。

従来より、上記のセンサ制御用回路ユニットにおいて、他の回路や配線から信号検出回路に侵入するノイズ（リーク電流や電磁場の影響）を軽減するためのフィルタ回路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２９８９４号公報

しかしながら、上記センサ制御用回路ユニットにおいて、ノイズを軽減するためのフィルタ回路は一般的に高価であるため、フィルタ回路を設けるとセンサ制御用回路ユニットが高価になってしまうという問題点があった。

そこで、このような問題点を鑑み、センサからの検出信号が入力される信号検出回路を備えたセンサ制御用回路ユニット、およびこのセンサ制御用回路ユニットを備えた検出装置において、フィルタ回路を設けない廉価な構成で、信号検出回路がノイズの影響を受けることがないようにすることを本発明の目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、回路基板と、前記回路基板に配置され、センサからの検出信号が入力される信号検出回路と、を備え、前記センサを駆動制御するためのセンサ制御用回路ユニットであって、前記回路基板は、前記信号検出回路に対するノイズの発生源となる電流が通電される電流経路部と、前記信号検出回路および前記電流経路部の間に配置され、予め設定された基準電位となる基準電位部と、を備えたことを特徴としている。

このようなセンサ制御用回路ユニットによれば、基準電位部が信号検出回路と電流経路部とを電気的に隔てるので、電流経路部を流れる電流によるノイズ（リーク電流や電磁場の影響）が信号検出回路に侵入することを防止することができる。従って、信号検出回路はノイズの影響を受け難くなるので、フィルタ回路を設けない廉価な構成で、信号検出回路による信号検出精度を向上させることができる。

なお、電流経路部を流れ、信号検出回路にノイズを与え得る電流としては、例えば、信号検出回路に入力される電流に比べて大きな電流や、交流等の電流が考えられる。
また、電流経路部を流れ、信号検出回路にノイズを与え得る電流としては、請求項２に記載のように、スイッチング回路により生成された電流であることも考えられる。

ここで、スイッチング回路により生成された電流（信号）のように、電流値や通電方向が時間に応じて変化するなどの流れに変化がある電流は、高周波成分を多く含むために、多くのノイズを発生する虞がある。

一方、信号検出回路は、電圧や電流の微小な変化を検出するため、信号検出回路がスイッチング回路により生成された電流の流れる電流経路部の近傍に配置されていると、信号検出回路はノイズの影響を受け易くなってしまう。

このため、本発明のセンサ制御用回路ユニットによれば、電流経路部にスイッチング回路により生成された信号が流れる場合であっても、基準電位部が信号検出回路と電流経路部とを隔てることにより、信号検出回路がスイッチング回路の影響を受け難いようにしている。従って、確実に信号検出精度を向上させることができる。

ところで、請求項１または請求項２に記載のセンサ制御用回路ユニットにおいて、信号検出回路および電流経路部は、請求項３に記載のように、回路基板の平面方向中心を通る仮想直線でこの回路基板を二分したときに、この仮想直線を介して隔てられた異なる領域にそれぞれ配置されていてもよい。

このようなセンサ制御用回路ユニットによれば、信号検出回路とノイズ源になり得る電流経路部とを確実に分離しながら、信号検出回路および電流経路部を回路基板上にバランスよく配置することができるので、回路基板上のスペースを有効利用することができる。

また、請求項１〜請求項３の何れかに記載のセンサ制御用回路ユニットにおいて、回路基板が、センサとセンサ制御用回路ユニットとを電気的に接続するための端子部を備えている場合には、請求項４に記載のように、端子部は、基準電位部に周囲を覆われていてもよい。

このようなセンサ制御用回路ユニットによれば、基準電位部を、端子部を保護（シールド）するためにも機能させることができるので、センサ制御用回路ユニットに、新たに端子部を保護するための他の基準電位部を配置する必要がなくなる。よって、センサ制御用回路ユニットを小型化することができる。

加えて、請求項４に記載のセンサ制御用回路ユニットにおいては、請求項５に記載のように、回路基板にはセンサを加熱するためのヒータを制御するヒータ回路が配置され、端子部は、ヒータおよびヒータ回路を電気的に接続するためのヒータ端子部を備え、電流経路部は、ヒータ回路とヒータ端子部とを接続する配線として構成され、ヒータ回路からヒータ端子部までの距離は、ヒータ回路から他の端子部までの距離よりも短く設定されていてもよい。

このようなセンサ制御用回路ユニットによれば、ヒータ回路からヒータ端子部までの距離の距離を短くすることができるので、センサ制御用回路ユニットを小型化することができる。

また、請求項４または請求項５に記載のセンサ制御用回路ユニットにおいては、請求項６に記載のように、端子部は、センサからの検出信号を信号検出回路に入力するためのセンサ端子部と、センサ制御用回路ユニットおよびセンサ制御用回路ユニットを制御するための制御装置を電気的に接続するためのＥＣＵ端子部と、を備え、各端子部は集約して配置されていてもよい。

即ち、本発明のセンサ制御用回路ユニットにおいては、回路基板上に上記端子部を集約して配置し、この集約した端子部の周囲を基準電位部で覆うようにしている。
従って、このようなセンサ制御用回路ユニットによれば、ノイズが侵入する経路を端子部に集中させるとともに、基準電位部によりノイズが回路基板に形成された回路等に侵入することを防止することができるので、確実に信号検出精度を向上させることができる。

次に、上記目的を達成するためになされた請求項７に記載の発明は、検出結果に応じた検出信号を出力するセンサと、回路基板、および前記回路基板に配置され前記センサからの前記検出信号が入力される信号検出回路を有し、前記センサを駆動制御するためのセンサ制御用回路ユニットと、を具備した検出装置であって、前記センサ制御用回路ユニットとして、請求項１〜請求項６の何れかに記載のセンサ制御用回路ユニットを備えたことを特徴としている。

このような検出装置によれば、請求項１〜請求項６の何れかに記載のセンサ制御用回路ユニットを備えているので、上記センサ制御用回路ユニットと同様の効果が得られる。
即ち、このような検出装置によれば、基準電位部により電流経路部を流れる電流によるノイズが信号検出回路側に侵入することを防止することができるので、フィルタ回路を設けない廉価な構成で、信号検出回路による信号検出精度を向上させることができる。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）ガス検出装置１の概略構成
図１は、本発明が適用されたガス検出装置１（本発明でいう検出装置）の概略構成を示す構成図である。

ガス検出装置１は、電子制御ユニット１９０（本発明でいう制御装置：以下ＥＣＵともいう）と、制御用回路ユニット３０（本発明でいうセンサ制御用回路ユニット）と、ＮＯｘガスセンサ素子１０（本発明でいうセンサ）と、を備えており、自動車の内燃機関やボイラ等の各種燃焼機器の排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、ＮＯｘ）を検出する用途などに用いられる。

ＥＣＵ１９０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、信号入出力部等を備えるマイクロコンピュータを主要部として構成されており、制御用回路ユニット３０を介してＮＯｘガスセンサ素子１０と電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６に対して制御信号（制御開始信号）を送信するとともに、ＮＯｘガスセンサ素子１０による検出信号に基づき、各種燃焼機器の駆動制御を行う。

次に、制御用回路ユニット３０は、ＥＣＵ１９０からの指令を受けてＮＯｘガスセンサ素子１０にセンシングに必要な電力の供給を制御したり、ＮＯｘガスセンサ素子１０を駆動制御する処理や、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化状態を判定するセンサ診断処理などを実行したりする。また、制御用回路ユニット３０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０からの検出信号の変換処理（具体的には、電流値を電圧値に変換する処理等）を行い、変換後の検出信号をＥＣＵ１９０に送信する。なお、この制御用回路ユニット３０の具体的な構成については、後に詳述する。

（２）ＮＯｘガスセンサ素子１０の構成
ここで、図１では、ＮＯｘガスセンサ素子１０について、内部構造を示す断面図として記載している。以下の説明では、図１に示すＮＯｘガスセンサ素子１０のうち左側を先端側として、右側を後端側として説明する。また、図１では、ＮＯｘガスセンサ素子１０のうち先端側部分における内部構成を示しており、後端部分は図示を省略している。

ＮＯｘガスセンサ素子１０は、図１に示すように、第１ポンプセル１１１（以下、Ｉｐ１セルともいう。），酸素分圧検知セル１１２（以下、Ｖｓセルともいう。），第２ポンプセル１１３（以下、Ｉｐ２セルともいう。）を、アルミナを主体とする絶縁層１１４，１１５を介して積層した構造を有する。また、ＮＯｘガスセンサ素子１０においては、第２ポンプセル１１３側に、ヒータ部１８０が積層されている。

このうち、第１ポンプセル１１１は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第１固体電解質層１３１と、第１固体電解質層１３１を挟み込むように配置された第１ポンプ用第１電極１３５と第１ポンプ用第２電極１３７とからなる第１多孔質電極１２１とを備えて形成されている。なお、第１ポンプ用第１電極１３５および第１ポンプ用第２電極１３７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されており、それぞれの表面には、多孔質体からなる保護層１２２が形成されている。

酸素分圧検知セル１１２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる検知用固体電解質層１５１と、検知用固体電解質層１５１を挟み込むように配置された検知用電極１５５と基準用電極１５７とからなる検知用多孔質電極１２３とを備えて形成されている。なお、検知用電極１５５および基準用電極１５７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されている。

第２ポンプセル１１３は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第２固体電解質層１４１と、第２固体電解質層１４１の表面のうち絶縁層１１５に面する表面に配置された第２ポンプ用第１電極１４５および第２ポンプ用第２電極１４７からなる第２多孔質電極１２５とを備えて形成されている。

なお、第２ポンプ用第１電極１４５、第２ポンプ用第２電極１４７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されている。

そして、ＮＯｘガスセンサ素子１０の内部には、測定対象ガスが導入される第１測定室１５９が形成されている。第１測定室１５９には、第１ポンプセル１１１と酸素分圧検知セル１１２との間に配置された第１拡散抵抗体１１６を介して、外部から測定対象ガスが導入される。

第１拡散抵抗体１１６は、多孔質体で構成されており、ＮＯｘガスセンサ素子１０のうち先端側開口部から第１測定室１５９に至る測定対象ガスの導入経路１４に配置されて、第１測定室１５９への単位時間あたりの測定対象ガスの導入量（通過量）を制限している。

なお、導入経路１４は、第１ポンプセル１１１および酸素分圧検知セル１１２に包囲される空間のうち、第１測定室１５９よりも先端側（図における左側）の領域である。また、第１ポンプセル１１１の第１ポンプ用第１電極１３５（詳細には、保護層１２２で覆われた第１ポンプ用第１電極１３５）、および酸素分圧検知セル１１２の検知用電極１５５は、第１測定室１５９に面するように配置されている。

また、第１測定室１５９の後端側（図における右側）には、多孔質体からなる第２拡散抵抗体１１７が備えられており、第２ポンプ用第１電極１４５と第２拡散抵抗体１１７との間には、第２測定室１６１が形成されている。なお、第２測定室１６１は、酸素分圧検知セル１１２を積層方向に貫通する状態で形成される。

さらに、ＮＯｘガスセンサ素子１０の内部のうち、酸素分圧検知セル１１２の検知用固体電解質層１５１と第２ポンプセル１１３の第２固体電解質層１４１との間には、第２測定室１６１の他に基準酸素室１１８が形成されている。なお、第２測定室１６１、基準酸素室１１８は、この順に後端側から先端側にかけて第２ポンプセル１１３に沿って形成されている。また、基準酸素室１１８は、所定の酸素濃度雰囲気（濃度検知の基準となる酸素濃度（酸素分圧）雰囲気）に設定される。

そして、酸素分圧検知セル１１２の基準用電極１５７と、第２ポンプセル１１３の第２ポンプ用第２電極１４７とが、基準酸素室１１８に面するように配置されている。
ヒータ部１８０は、例えばアルミナ等の絶縁性セラミックスからなるシート状の絶縁層１７１，１７３を積層することにより構成されている。そして、このヒータ部１８０は、各絶縁層１７１，１７３の間に、Ｐｔを主体とするヒータ１７５を備えている。

（３）制御用回路ユニット３０の構成
次に、制御用回路ユニット３０について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、ガス検出装置１における電気的な接続関係を示すブロック図である。

制御用回路ユニット３０は、回路基板３５（図３参照）上に、図２示すように、ヒータ回路１１と、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２と、Ｉｐ２セル検出回路１３（本発明でいう信号検出回路）と、電源回路１５と、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６と、端子部２０とを備えて構成されている。

また、端子部２０は、ヒータ端子部２１と、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル端子部２２と、Ｉｐ２セル端子部２３（本発明でいうセンサ端子部）と、ＥＣＵ端子部２４とを備えている。
ここで、ヒータ端子部２１は、ＮＯｘガスセンサ素子１０のヒータ１７５とヒータ回路１１とを電気的に接続するための端子部である。

また、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル端子部２２は、ＮＯｘガスセンサ素子１０の酸素分圧検知セル１１２および第１ポンプセル１１１とＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２とを電気的に接続するための端子部である。

また、Ｉｐ２セル端子部２３は、ＮＯｘガスセンサ素子１０の第２ポンプセル１１３とＩｐ２セル検出回路１３とを電気的に接続するための端子部である。
そして、ＥＣＵ端子部２４は、ヒータ回路１１およびＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６とＥＣＵ１９０とを電気的に接続するための端子部である。

次に、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６は、ＥＣＵ１９０から制御信号（制御開始信号）を受けると、ＮＯｘガスセンサ素子１０の状態を表す信号や検出信号を、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２、およびＩｐ２セル検出回路１３から入力する。そして、これらの入力信号に基づいて、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２、およびＩｐ２セル検出回路１３へ制御信号を出力する。

また、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６は、ヒータ回路１１に対して、酸素分圧検知セル１１２の内部抵抗が目標とする温度に対応した所定の値になるようなパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成し、ヒータ回路１１に送る。

電源回路１５は、ＥＣＵ１９０から供給される電力を、制御用回路ユニット３０を構成する各回路にて使用される適切な電圧に変圧し、これらの各回路に供給する。
ヒータ回路１１は、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６から受けたＰＷＭ信号に応じてＰＷＭ変調した電力を、ヒータ１７５に対して送信する。この結果、ヒータ１７５はＮＯｘガスセンサ素子１０を活性化温度（例えば７５０℃）まで加熱し、各セル１１１〜１１３が固体電解質として機能する適切な温度に維持する。

Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２は、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する。つまり、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２は、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６からの指令を受けて、ＮＯｘガスセンサ素子１０の第１測定室１５９内の酸素濃度が一定になるように、第１ポンプセル１１１に流す電流量を制御する。

Ｉｐ２セル検出回路１３は、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６からの指令を受けて、第２ポンプセル１１３に対して、予め定められた第２ポンプ電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加する。また、Ｉｐ２セル検出回路１３は、このときに第２ポンプセル１１３に流れる電流値を検出し、この電流値を電圧値に変換した信号をＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６に送る。

（４）ガス検出装置１の作動
このように構成されたＮＯｘガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１により第１測定室１５９の内部に存在する酸素のポンピング（汲み出し、汲み入れ）が可能であり、酸素分圧検知セル１１２により、酸素分圧を一定に制御された基準酸素室１１８と第１測定室１５９との酸素分圧差、つまり第１測定室１５９の内部の酸素分圧を測定可能である。

即ち、上記のＮＯｘガスセンサ素子１０は、ＥＣＵ１９０および制御用回路ユニット３０により駆動されるものであり、制御用回路ユニット３０に備えられたＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６がヒータ１７５を駆動することにより、各セル（第１ポンプセル１１１、第２ポンプセル１１３、酸素分圧検知セル１１２）を活性化温度まで加熱する。

そして、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６は、ヒータ１７５によりＮＯｘガスセンサ素子１０が活性化温度まで加熱された状態で、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２を介して、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する。

また、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６は、第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御すると共に、Ｉｐ２セル検出回路１３を介して、第２ポンプセル１１３に対して、予め定められた第２ポンプ電圧Ｖｐ２を印加する。これにより、第２測定室１６１では、第２ポンプセル１１３を構成する第２多孔質電極１２５の触媒作用によって、ＮＯｘが解離（還元）され、その解離により得られた酸素イオンが第２ポンプ用第１電極１４５と第２ポンプ用第２電極１４７との間の第２固体電解質層１４１を移動することにより第２ポンプ電流Ｉｐ２が流れる。つまり、第２ポンプセル１１３は、第２測定室１６１に存在する検出すべき特定ガス成分（ＮＯｘ（窒素酸化物））を解離させて、第２測定室１６１から基準酸素室１１８に酸素を汲み出す。

なお、第２測定室１６１の第２ポンプ用第１電極１４５で解離された酸素イオン（Ｏ^2-）は、第２固体電解質層１４１を介して第２ポンプ用第２電極１４７に移動し、第２ポンプ用第２電極１４７において酸素（Ｏ₂）として基準酸素室１１８に放出される。

つまり、ＥＣＵ１９０および制御用回路ユニット３０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０に接続された状態で、第１ポンプセル１１１のポンピング動作により第１測定室１５９の酸素濃度を調整し、第２測定室１６１の酸素濃度をＮＯｘ検知が可能なＮＯｘ検知用濃度に設定するとともに、Ｉｐ２セル検出回路１３を介して得られた検知信号に基づいてＮＯｘを検出する処理を行う。

（５）制御用回路ユニット３０における各回路の配置
ここで、制御用回路ユニット３０における各回路の配置について図３および図４用いて説明する。図３は制御用回路ユニット３０における各回路の配置を示す平面図、図４は制御用回路ユニット３０を筐体５０に固定した状態を示す側断面図である。なお、図４に示す制御用回路ユニット３０は、図３に示す制御用回路ユニット３０のＡ−Ａ断面図である。

制御用回路ユニット３０において、回路基板３５は、周知の多層プリント基板として構成されており、図３に示すように、この基板の一方の面（表面：図３においては紙面上方側の面）上には、各回路、端子部２０、およびこれらを接続するための配線（図示は省略：特にヒータ回路１１とヒータ端子部２１とを接続する配線は本発明でいう電流経路部に相当する。）が配置されている。

なお、各回路や端子部２０を接続するための配線は、回路基板３５における各回路や端子部２０が配置された面（表面）や、この面の反対側の面（裏面）、或いはこれらの面の中間に位置する各層において、例えば銅層をエッチングすることにより形成されている。また、複数の層に跨って配置される配線は、必要に応じてビア（スルーホール）により接続されている。

ここで、本実施形態の制御用回路ユニット３０においては、回路基板３５上における各回路および端子部２０の配置に特徴がある。
即ち、制御用回路ユニット３０においては、各端子部（ヒータ端子部２１、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル端子部２２、Ｉｐ２セル端子部２３、およびＥＣＵ端子部２４）を端子部２０としてまとめて制御用回路ユニット３０の平面方向（各回路が配置された回路基板３５の表面が位置する平面における任意の方向）中央に配置している。なお、各端子部には、複数個の端子部を備えているものもある。具体的には、ヒータ端子部２１には２個、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル端子部２２には３個、Ｉｐ２セル端子部２３には１個、そしてＥＣＵ端子部２４には５個の端子部が備えられている。

また、各回路のうち、ヒータ回路１１および電源回路１５、Ｉｐ２セル検出回路１３およびＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２は、それぞれ隣接して配置されている。そして、ヒータ回路１１および電源回路１５は、制御用回路ユニット３０を平面方向中心を通る仮想直線で２分割した際に、Ｉｐ２セル検出回路１３およびＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２が配置される領域とは異なる領域に配置されている。つまり、ヒータ回路１１および電源回路１５は、Ｉｐ２セル検出回路１３およびＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２から充分隔てて配置されている。

また、制御用回路ユニット３０上において、各回路の位置は、ヒータ回路１１および電源回路１５と、Ｉｐ２セル検出回路１３およびＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２との間に、端子部２０が配置されるように設定されている。

このように各回路が配置されているのは、ヒータ回路１１がスイッチング回路（より具体的にはパルス幅変調信号を生成する回路）であり、また、電源回路１５が比較的大きな電流が流れる回路であるため、微弱な電流を取り扱うＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２や第２ポンプセル検出回路１３にノイズ（リーク電流や電磁場の影響）を与える虞があるためである。

なお、ＮＯｘガスセンサ素子制御回路１６は、各回路との干渉を防止するために、回路基板３５の端部に近い領域（本実施形態においてはヒータ回路１１およびＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路１２からなるべく離間した領域）に配置されている。

次に、ヒータ回路１１と電気的に接続されるヒータ端子部２１は、端子部２０に配置された各端子部のうち、ヒータ回路１１に最も近接して配置されている。そして、第２ポンプセル１１３と電気的に接続されるＩｐ２セル端子部２３は、端子部２０に配置された各端子部のうち、他の端子部（Ｉｐ１セル／Ｖｓセル端子部２２）を間に配置することによりヒータ端子部２１から最も隔てられているとともに、Ｉｐ２セル検出回路１３とは最も近接されている。さらに、端子部２０において、電源回路に電力を供給するためにも使用されるＥＣＵ端子部２４を電源回路１５に隣接している。

つまり、この制御用回路ユニット３０（回路基板３５上）において、端子部２０と各回路とを接続する配線を短くすることにより、配線のために使用される領域を節約するとともに、ノイズの侵入を防止している。

また、端子部２０は、各端子部の周囲に、基準電位部２５を備えている。ここで、ＥＣＵ端子部２４が有する５つの端子部のうち、１つの端子部は接地されており、この基準電位部２５は、この接地されたＥＣＵ端子部２４と導通されることにより、基準電位が所定の電位となる。つまり、基準電位部２５の全域が、基準電位に固定された領域であるため、回路基板３５の表面において、ノイズが移動することを防止する機能を有するのである。

ところで、回路基板３５の四隅には、制御用回路ユニット３０を筐体５０（図４参照）に固定するための固定孔３１が備えられている。この制御用回路ユニット３０においては、図４に示すように、回路基板３５に設けられた固定孔３１に、例えばネジ等の固定部材５３が挿通され、この固定部材５３が箱形部材５１に設けられた螺合部５４と螺合されることにより、箱型部材５１に固定される。

また、制御用回路ユニット３０（回路基板３５）の端子部２０には、端子部２０から制御用回路ユニット３０の外部に配線を引き出すための第１コネクタ部５６が設けられている。この第１コネクタ部５６には、制御用回路ユニット３０とＮＯｘガスセンサ素子１０およびＥＣＵ１９０とを接続するケーブル５５の端部に設けられた第２コネクタ部５７が結合可能に構成されており、これらのコネクタ部５６，５７が結合されると、制御用回路ユニット３０とＮＯｘガスセンサ素子１０およびＥＣＵ１９０とが導通される。

そして、制御用回路ユニット３０は、箱型部材５１に固定され、さらに各コネクタ部５６，５７が結合された状態で、箱型部材５１を蓋部材５２で覆うことにより、箱型部材５１と蓋部材５２とから構成された筐体５０の内部に収納される。

（６）本実施形態における作用および効果
以上のように詳述したガス検出装置１においては、ＮＯｘガスセンサ素子１０と、 回路基板３５、および回路基板３５に配置されＮＯｘガスセンサ素子１０からの検出信号が入力されるＩｐ２セル検出回路１３を有し、ＮＯｘガスセンサ素子１０を駆動制御するための制御用回路ユニット３０と、を具備している。また、制御用回路ユニット３０は、Ｉｐ２セル検出回路１３に対するノイズの発生源となる電流が通電される、ヒータ回路１１およびヒータ端子部２１を接続する配線（以下、特定配線という。）と、Ｉｐ２セル検出回路１３および特定配線の間に配置され、予め設定された基準電位となる基準電位部２５と、を備えている。

従って、このような制御用回路ユニット３０によれば、基準電位部２５がＩｐ２セル検出回路１３と特定配線とを電気的に隔てるので、特定配線を流れる電流によるノイズがＩｐ２セル検出回路１３に侵入することを防止することができる。従って、Ｉｐ２セル検出回路１３はノイズの影響を受け難くなるので、フィルタ回路を設けることなく、Ｉｐ２セル検出回路１３による信号検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態の制御用回路ユニット３０において、特定配線を流れ、Ｉｐ２セル検出回路１３にノイズを与え得る電流としては、スイッチング回路により生成された電流が考えられる。

ここで、スイッチング回路により生成された電流（信号）のように、流れに変化がある電流は、高周波成分を多く含むために、多くのノイズを発生する虞がある。
一方、Ｉｐ２セル検出回路１３は、電圧や電流の微小な変化を検出するため、Ｉｐ２セル検出回路１３がスイッチング回路により生成された電流の流れる特定配線の近傍に配置されていると、Ｉｐ２セル検出回路１３はノイズの影響を受け易くなってしまう。

従って、本実施形態の制御用回路ユニット３０によれば、特定配線にスイッチング回路により生成された信号が流れる場合であっても、基準電位部２５がＩｐ２セル検出回路１３と特定配線とを隔てることにより、Ｉｐ２セル検出回路１３がスイッチング回路の影響を受け難いようにしている。従って、確実に信号検出精度を向上させることができる。

さらに、本実施形態の制御用回路ユニット３０において、Ｉｐ２セル検出回路１３および特定配線は、回路基板３５の平面方向中心を通る仮想直線（例えば、図３に示す破線部分）で回路基板３５を二分したときに、この仮想直線を介して隔てられた異なる領域にそれぞれ配置されている。

従って、このような制御用回路ユニット３０によれば、Ｉｐ２セル検出回路１３とノイズ源になり得る特定配線とを確実に分離しながら、Ｉｐ２セル検出回路１３および特定配線をバランスよく配置することができるので、回路基板３５上のスペースを有効利用することができる。

また、本実施形態の制御用回路ユニット３０においては、ＮＯｘガスセンサ素子１０と制御用回路ユニット３０とを電気的に接続するための端子部２０を備えており、端子部２０は、基準電位部２５に周囲を覆われている。

従って、このような制御用回路ユニット３０によれば、基準電位部２５を、端子部２０を保護（シールド）するためにも機能させることができるので、制御用回路ユニット３０に、新たに端子部を保護するための他の基準電位部２５を配置する必要がなくなる。よって、制御用回路ユニット３０を小型化することができる。

加えて、制御用回路ユニット３０においては、回路基板３５にＮＯｘガスセンサ素子１０に設けられたヒータ１７５を制御するヒータ回路１１が配置され、端子部２０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０に設けられたヒータ１７５およびヒータ回路１１を電気的に接続するためのヒータ端子部２１を備えている。そして、制御用回路ユニット３０において、特定配線は、ヒータ回路１１とヒータ端子部２１とを接続する配線として構成され、ヒータ回路１１からヒータ端子部２１までの距離は、ヒータ回路１１から他の端子部２０までの距離よりも短く設定されている。

従って、このような制御用回路ユニット３０によれば、ヒータ回路１１からヒータ端子部２１までの距離を短くすることができるので、制御用回路ユニット３０を小型化することができる。

また、本実施形態の制御用回路ユニット３０において、端子部２０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０からの検出信号を入力するためのＩｐ２セル端子部２３と、制御用回路ユニット３０および制御用回路ユニット３０を制御するためのＥＣＵ１９０を電気的に接続するためのＥＣＵ端子部２４と、を備え、各端子部２０は集約して配置されている。

従って、このような制御用回路ユニット３０によれば、ノイズが侵入する経路を端子部２０に集中させるとともに、基準電位部２５によりノイズが回路基板３５上に配置された回路等に侵入することを防止することができるので、確実に信号検出精度を向上させることができる。

さらに、本実施形態の制御用回路ユニット３０において、端子部２０は、回路基板３５の中心部（端子部２０が形成された面の中心を含む領域）に配置されている。そして、制御用回路ユニット３０は、両端支持（厳密には回路基板３５の四隅で支持）されている。

ここで、この制御用回路ユニット３０が車両等の振動を受ける装置に配置された場合、このような制御用回路ユニット３０においては、端子部２０が配置された中心部の振幅が最も大きくなる。

しかしながら、本実施形態の制御用回路ユニット３０においては、端子部２０が形成された中心部にケーブル５５が接続されているので、このケーブル５５により振動を減衰させることができる。従って、制御用回路ユニット３０に振動による過度の応力が加えられることを防止することができるので、制御用回路ユニット３０の耐久性を向上させることができる。

（７）その他の実施形態
なお、本発明の実施の形態は、上記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

例えば、本実施例においては、Ｉｐ２セル検出回路１３にノイズを与え得る電流を導通する特定配線（電流経路部）として、スイッチング回路（ヒータ回路１１）により生成された電流の流れる配線を適用したが、特にこの構成に限らず、例えば、Ｉｐ２セル検出回路１３に入力される電流に比べて大きな電流や、交流等の電流が考えられる。

また、本実施形態においては、本発明でいう検出装置、およびセンサ制御用基板をＮＯｘセンサにおける検出装置および制御用基板として適用したが、特にＮＯｘセンサに限らず、例えばＵＥＧＯ（全領域酸素センサ）等のガスセンサや、温度センサ、加速度センサ等の一般的なセンサに適用することができる。ただし、本実施形態のＮＯｘガスセンサ素子１０のように、制御用基板（または制御装置）により制御される必要があるセンサを制御する制御用基板（または制御装置）に本発明を適用すれば、センサからの検出信号が入力される検出回路は、センサを制御するための信号によるノイズの影響を受け難くすることができるので、より顕著な効果が得られる。

ガス検出装置の概略構成を示す構成図である。 ガス検出装置における電気的な接続関係を示すブロック図である。 制御用基板上における各回路の配置を示す平面図である。 制御用基板を筐体に固定した状態を示す側断面図である。

符号の説明

１…ガス検出装置、１０…ＮＯｘガスセンサ素子、１１…ヒータ回路、１２…Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路、１３…Ｉｐ２セル検出回路、１４…導入経路、１５…電源回路、２０…端子部、２１…ヒータ端子部、２２…Ｉｐ１セル／Ｖｓセル端子部、２３…Ｉｐ２セル端子部、２４…ＥＣＵ端子部、２５…基準電位部、３０…制御用回路ユニット、３１…固定孔、５０…筐体、５１…箱型部材、５２…蓋部材、５３…固定部材、５４…螺合部、５５…ケーブル、５６…第１コネクタ部、５７…第２コネクタ部、１１１…第１ポンプセル、１１２…酸素分圧検知セル、１１３…第２ポンプセル、１１４…絶縁層、１１５…絶縁層、１１６…第１拡散抵抗体、１１７…第２拡散抵抗体、１１８…基準酸素室、１２１…第１多孔質電極、１２２…保護層、１２３…検知用多孔質電極、１２５…第２多孔質電極、１３１…第１固体電解質層、１３５…第１ポンプ用第１電極、１３７…第１ポンプ用第２電極、１４１…第２固体電解質層、１４５…第２ポンプ用第１電極、１４７…第２ポンプ用第２電極、１５１…検知用固体電解質層、１５５…検知用電極、１５７…基準用電極、１５９…第１測定室、１６１…第２測定室、１７１…絶縁層、１７５…ヒータ、１８０…ヒータ部、１９０…ＥＣＵ。

Claims (7)

1. 回路基板と、前記回路基板に配置され、センサからの検出信号が入力される信号検出回路と、を備え、前記センサを駆動制御するためのセンサ制御用回路ユニットであって、
   前記回路基板は、
   前記信号検出回路に対するノイズの発生源となる電流が通電される電流経路部と、
   前記信号検出回路および前記電流経路部の間に配置され、予め設定された基準電位となる基準電位部と、
   を備えたことを特徴とするセンサ制御用回路ユニット。
2. 前記電流経路部には、スイッチング回路により生成された電流が流れること
   を特徴とする請求項１に記載のセンサ制御用回路ユニット。
3. 前記信号検出回路および前記電流経路部は、前記回路基板の平面方向中心を通る仮想直線で該回路基板を二分したときに、該仮想直線を介して隔てられた異なる領域にそれぞれ配置されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ制御用回路ユニット。
4. 前記回路基板は、前記センサと当該センサ制御用回路ユニットとを電気的に接続するための端子部を備え、
   前記端子部は、前記基準電位部に周囲を覆われていること
   を特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のセンサ制御用回路ユニット。
5. 前記回路基板には前記センサを加熱するためのヒータを制御するヒータ回路が配置され、
   前記端子部は、前記ヒータおよび前記ヒータ回路を電気的に接続するためのヒータ端子部を備え、
   前記電流経路部は、前記ヒータ回路と前記ヒータ端子部とを接続する配線として構成され、
   前記ヒータ回路から前記ヒータ端子部までの距離は、前記ヒータ回路から他の端子部までの距離よりも短く設定されていること
   を特徴とする請求項４に記載のセンサ制御用回路ユニット。
6. 前記端子部は、
   前記センサからの前記検出信号を前記信号検出回路に入力するためのセンサ端子部と、
   当該センサ制御用回路ユニットおよび当該センサ制御用回路ユニットを制御するための制御装置を電気的に接続するためのＥＣＵ端子部と、
   を備え、
   前記各端子部は、集約して配置されていること
   を特徴とする請求項４または請求項５に記載のセンサ制御用回路ユニット。
7. 検出結果に応じた検出信号を出力するセンサと、
   回路基板、および前記回路基板に配置され前記センサからの前記検出信号が入力される信号検出回路を有し、前記センサを駆動制御するためのセンサ制御用回路ユニットと、
   を具備した検出装置であって、
   前記センサ制御用回路ユニットとして、請求項１〜請求項６の何れかに記載のセンサ制御用回路ユニットを備えたこと
   を特徴とする検出装置。