JP4901435B2

JP4901435B2 - センサ

Info

Publication number: JP4901435B2
Application number: JP2006317134A
Authority: JP
Inventors: 幸伸長尾; 諭司寺本
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-11-24
Also published as: JP2008128956A

Description

本発明は、センサ素子とリード線とを有するセンサに関する。

従来、上記センサとして、被検査対象の物理量を測定する検知部からの出力を検出する検出装置と検知部とを電気的に接続する検知部用リード線、および検知部用リード線に対して近接配置され、検知部を加熱するためのヒータ部の通電状態をＰＷＭ制御する制御装置とヒータ部とを電気的に接続する一対のヒータ用リード線を備えたものが知られている。

このようなセンサにおいては、ヒータ用リード線を流れる電流が検知部用リード線を流れる電流よりも相当大きく、ヒータ部の通電状態をＰＷＭ制御しているため、ヒータ用リード線に電流が流れる際に、その電流により生じる磁界が検知部用リード線を流れる電流にノイズを発生させる。そこで、このノイズを発生させないようにするために、各リード線に磁界を遮断するシールド層を設けたものが開発されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２８６６８５号公報

しかしながら、上記センサでは、各リード線にシールド層を設けているので、リード線の構成が複雑になり、リード線の価格が高価になるという問題点がある。
そこで、このような問題点を鑑み、センサ素子とリード線とを有するセンサにおいて、リード線にシールド層を設けることなく、ヒータ用リード線を流れる電流が検知部用リード線を流れる電流にノイズによる悪影響を与え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成された請求項１に記載の発明は、被検査対象の物理量を測定する検知部、および前記検知部を加熱するヒータ部、を有するセンサ素子と、前記検知部からの出力信号を検出する検出装置と前記検知部とを電気的に接続する検知部用リード線と、前記検知部用リード線に対して少なくとも一部が近接配置され、前記ヒータ部の通電状態をＰＷＭ制御する制御装置と前記ヒータ部とを電気的に接続する一対のヒータ用リード線と、を備えたセンサであって、前記一対のヒータ用リード線の少なくとも一部分は、前記検知部用リード線を含まずにツイストされていること特徴としている。

このようなセンサによれば、ヒータ用リード線の少なくとも一部分をヒータ用リード線のみでツイストさせているので、一対のヒータ用リード線に電流が流されると、ヒータ用リード線が交差している部位の前後で、検知部用リード線に近接するヒータ用リード線が入れ替わるため、検知部用リード線に対してその部位の前後で、逆向きの磁界を発生させることができる。よって、ヒータ用リード線を流れる電流が検知部用リード線を流れる電流に与えるノイズを相殺することができるので、ヒータ用リード線を流れる電流が検知部用リード線を流れる電流に発生させるノイズを軽減することができる。
また、本発明のセンサにおいては、検知部用リード線が複数備えられており、複数の検知部用リード線の少なくとも一部分は、前記ヒータ用リード線を含まずにツイストされている。
このようなセンサによれば、検知部用リード線を構成する各線とヒータ用リード線との距離を平均化することができるので、特定の検知部用リード線のみがヒータ用リード線を流れる電流の影響を受けることを防止することができる。また、ヒータ用リード線由来のノイズ以外の電磁ノイズを軽減させることができる。
さらに、本発明のセンサにおいては、ヒータ用リード線がツイストされたピッチと、検知部用リード線がツイストされたピッチとは、互いに異なるピッチに設定されている。
検知部用リード線のピッチと、ヒータ用リード線のピッチが同一である場合、検知部用リード線とヒータ用リード線とのツイストの周期運動の位相が同じであると、検知部用リード線に流れる電流がヒータ用リード線由来のノイズの影響を受ける虞がある。そのため、このようなセンサによれば、より確実にヒータ用リード線を流れる電流の影響を除去することができる。

なお、本発明において「近接配置」とは、各リード線を流れる電流による磁界の影響を受け得る程度の距離をいう。
また、本発明において「ツイスト」とは、ヒータ用リード線の延伸方向に対して直交す
る方向からこの一対のヒータ用リード線を見たときに、各ヒータ用リード線が交差することにより少なくとも１回以上位置が入れ替わる状態をいう。
さらに、本発明でいう「ピッチ」とは、捻られている間隔を表すものであり、例えばリード線の延伸方向に対して直交する方向からこのリード線を見たときにおいて、あるリード線および他のリード線が交差する交差点と、このリード線が次に同じリード線と交差する交差点との距離を示す。

ところで、請求項１に記載のセンサにおいて、一対のヒータ用リード線は、請求項２に記載のように、奇数回ツイストされていてもよい。
このようなセンサによれば、一対のヒータ用リード線のうち、一方のヒータ用リード線が検知部用リード線に近接している部分の長さと他方のヒータ用リード線が検知部用リード線に近接している部分の長さとが、極力等しくなるようにすることができるので、ヒータ用リード線が検知部用リード線を流れる電流に発生させるノイズをより効果的に相殺することができる。

なお、本発明において、１回のツイストとは、リード線の延伸方向に対して直交する方向からこのリード線を見たときに、リード線が１８０°捻られてリード線同士の位置が入れ替わる状態をいう。また、奇数回ツイストとは、リード線同士が交差する点が奇数個あることを示す。

さらに、請求項１または請求項２に記載のセンサにおいて、一対のヒータ用リード線は、請求項３に記載のように、当該リード線１ｍあたり３回以上ツイストされていてもよい。

このようなセンサによれば、検知部リード線に対して各ヒータ用リード線を交互に接するようにすることができるので、ヒータ用リード線を流れる電流が検知部用リード線を流れる電流に発生させるノイズをより効果的に相殺することができる。また、後述する実験結果より、ヒータ用リード線が１ｍあたり３回以上ツイストされていれば、ヒータ用リード線を流れる電流が検知部用リード線を流れる電流に発生させるノイズを充分軽減することができる。

さらに、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のセンサにおいては、請求項４に記載のように、ヒータ用リード線がツイストされたピッチは、検知部用リード線がツイストされたピッチよりも狭く設定されていてもよい。

また、請求項１〜請求項４の何れかに記載のセンサにおいて、ヒータ用リード線および検知部用リード線のうちの少なくとも一方のリード線には、請求項５に記載のように、リード線を係合するコネクタを備えていてもよい。

このようなセンサによれば、リード線にコネクタを備えているので、検出装置または制御装置と、センサ素子とを容易に切り離すことができる。よって、このセンサにおけるリード線の接続や組み立てを容易に行うことができる。

なお、本発明でいうコネクタとは、電線同士あるいは電線と電気装置とを接続するものであって、電極（ピン）の突き出たものと、それを受けるものとの一組からなるものを表す。

以下に、本発明を適用した実施形態として、全領域空燃比センサを備えるガス検出システム１について、図面に基づいて説明する。
［実施形態］
本実施形態のガス検出システム１は、内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出するものであり、酸素濃度の検出結果は、内燃機関の空燃比を制御するために用いられる。

図１に、ガス検出システム１の概略構成を表したシステム構成図を示す。
ガス検出システム１は、後述する各種セル１１，１５、および各種セル１１，１５を加熱するためのセラミックヒータ４１を有する全領域空燃比センサ素子１０、各種セル１１，１５に接続されるセンサ制御回路３１、およびセラミックヒータ４１に接続されるヒータ電圧供給装置４３を備えて構成されている。また、ガス検出システム１は、全領域空燃比センサ素子１０（各種セル１１，１５）とセンサ制御回路３１とを電気的に接続するための３本の検知部用リード線６３〜６５（ポンプ側リード線６３、共通リード線６４、測定側リード線６５）、および全領域空燃比センサ素子１０（セラミックヒータ４１）とヒータ電圧供給装置４３とを電気的に接続するための２本のヒータ用リード線６１，６２を備えている。

なお、ヒータ電圧供給装置４３およびセンサ制御回路３１は、全領域空燃比センサ素子１０の起動時に外部から入力されるセンサ起動信号に同期して、それぞれ作動する。
ここで、全領域空燃比センサ素子１０は、図１に示すように、酸素ポンプセル１１（以下、Ｉｐセル１１ともいう）と、酸素濃度検知部１５（以下、Ｖｓセル１５ともいう）と、ガス検出室１９と、ガス拡散多孔質層２１と、酸素基準室２５と、を備えている。

酸素ポンプセル１１は、固体電解質体１２の両板面（表側板面、裏側板面）に多孔質電極１３，１４を有し、酸素（Ｏ₂）のポンピングを行う。
酸素濃度検知部１５は、固体電解質体１６の両板面（表側板面、裏側板面）に多孔質電極１７，１８を有し、ガス検出室１９の酸素濃度に応じた起電力を発生する。

ガス検出室１９は、酸素ポンプセル１１と酸素濃度検知部１５との間に設けられて被測定ガスが導入される空間である。
ガス拡散多孔質層２１は、被測定ガスをガス検出室１９に導入するための経路に配置されている。

酸素基準室２５は、酸素濃度検知部１５と遮蔽層２３との間に設けられて酸素を溜め込む空間である。
ところで、酸素ポンプセル１１の多孔質電極１４および酸素濃度検知部１５の多孔質電極１７は、ガス検出室１９に面するように配置されている。また、固体電解質体１２，１６および遮蔽層２３は、イットリアを安定化剤として固溶させた部分安定化ジルコニアを主体に形成され、多孔質電極１３，１４は、白金を主体に形成されている。

センサ制御回路３１は、周知の回路構成によって構成されており、ポンプ電流駆動回路３３と、電圧出力回路３５と、測定電流供給回路３７と、基準電圧比較回路３９と、微小電流供給回路４０を備えて構成されている。

このうち、微小電流供給回路４０は、酸素濃度検知部１５の多孔質電極１８側から多孔質電極１７側へと微小電流Ｉｃｐを通電するものである。この微小電流供給回路４０による微小電流Ｉｃｐの通電により、多孔質電極１８側（酸素基準室２５）に酸素が汲み込まれ、多孔質電極１８が内部酸素基準源として機能する。電圧出力回路３５は、微小電流供給回路４０による微小電流Ｉｃｐの通電により、酸素濃度検知部１５の多孔質電極１７−１８間に発生する起電力Ｖｓを検出するものである。また、基準電圧比較回路３９は、予め定められた基準電圧（本実施例では４５０［ｍＶ］）を内部に保持しており、電圧出力回路３５にて検出した起電力Ｖｓと基準電圧との比較を行い、比較結果をポンプ電流駆動回路３３に通知するものである。そして、ポンプ電流駆動回路３３は、基準電圧比較回路３９から受け取った比較結果に基づいて、酸素ポンプセル１１に流すポンプ電流Ｉｐを制御するものである。

全領域空燃比センサ素子１０のうち酸素濃度検知部１５は、ガス検出室１９の内部の雰囲気をモニタするために備えられており、酸素濃度検知部１５の多孔質電極１７−１８間には、ガス検出室１９の内部における酸素濃度に応じた起電力Ｖｓが発生する。また、全領域空燃比センサのうち、酸素ポンプセル１１は、ポンプ電流駆動回路３３から供給されるポンプ電流Ｉｐに応じて、ガス検出室１９に対する酸素（Ｏ₂）の汲み出し又は汲み入れを行う。

つまり、全領域空燃比センサ素子１０では、酸素濃度検知部１５の起電力Ｖｓが一定値（４５０［ｍＶ］）となるように、言い換えると、ガス検出室１９の空燃比が理論空燃比となるように、酸素ポンプセル１１を用いてガス検出室１９の内部に対する酸素（Ｏ₂）の汲み出し又は汲み入れが行われる。

このように構成される全領域空燃比センサ素子１０では、酸素ポンプセル１１に流れるポンプ電流Ｉｐの電流値および電流方向が、被測定ガス中の酸素濃度に応じて変化することから、ポンプ電流Ｉｐの測定結果に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出できる。なお、本実施の形態では、このポンプ電流Ｉｐの量に比例した電圧（検出信号）をセンサ制御回路３１から図示しないエンジン制御装置側に出力しており、エンジン制御装置がこの検出信号に基づいて被測定ガスの酸素濃度を検出している。

そして、全領域空燃比センサ素子１０は、例えば、内燃機関の排気管に配置されることで排気ガス中の酸素濃度を検出することができる。なお、排気ガス中の酸素濃度と空燃比とには相関関係があることから、検出した酸素濃度を用いることで、内燃機関の空燃比を測定することができる。

また、センサ制御回路３１には、図示しない抵抗値検出部が備えられており、この抵抗値検出部は、測定電流供給回路３７から抵抗値測定用の測定電流Ｉrpvsを通電したときの多孔質電極１７−１８間の電圧値の変化量に基づいて、酸素濃度検知部１５における多孔質電極１７−１８間の電気抵抗値Ｒｐｖｓを検出しており、検出した電気抵抗値Ｒｐｖｓに応じた抵抗値信号Ｓｒをヒータ電圧供給装置４３に対して出力している。

ここで、測定電流供給回路３７は、酸素濃度検知部１５に一定の電流値を有する測定電流Ｉrpvs（例えば、−１．２２［ｍＡ］）を供給するものであって、スイッチング素子を有している。また、測定電流供給回路３７は、酸素濃度検知部１５の電気抵抗値Ｒｐｖｓを測定する際にスイッチング素子が駆動され、測定電流Ｉrpvsを酸素濃度検知部１５側に所定時間流すように機能するものである。

そして、ヒータ電圧供給装置４３は、セラミックヒータ４１への印加電圧をＰＷＭ制御する。より具体的に述べるとヒータ電圧供給装置４３は、センサ制御回路３１からの抵抗値信号Ｓｒに基づいて、全領域空燃比センサ素子１０（詳細には、酸素濃度検知部１５）の温度Ｔｃを検出し、検出した温度Ｔｃに基づいてセラミックヒータ４１に印加するＰＷＭ制御された電圧のデューティ比を設定する。

なお、全領域空燃比センサ素子１０の酸素濃度検知部１５における温度Ｔｃと電気抵抗値Ｒｐｖｓとの間には、相関関係があり、電気抵抗値Ｒｐｖｓに基づいて全領域空燃比センサの温度Ｔｃを検出することが可能である。

セラミックヒータ４１は、ヒータ電圧供給装置４３からＰＷＭ制御された電圧を印加されると、ＰＷＭ制御された電圧の平均である印加電圧ＶＨの大きさに応じた発熱量を発生し、全領域空燃比センサ素子１０を加熱する。なお、ヒータ電圧供給装置４３は、マイクロコンピュータを備えて構成されている。そして、このマイクロコンピュータの内部処理として、全領域空燃比センサ素子１０の温度Ｔｃが活性化温度（例えば、６００［℃］）以上の常用温度（例えば、８００［℃］）となるように、換言すれば、酸素濃度検知部１５の電気抵抗値Ｒｐｖｓがこの常用温度に対応した目標抵抗値Ｒｔａとなるように、センサ制御回路３１からの抵抗値信号Ｓｒに基づきヒータへの印加電圧ＶＨの大きさを調整する温度制御処理が実行される。この結果、酸素ポンプセル１１および酸素濃度検知部１５が活性化温度以上に加熱され、全領域空燃比センサ素子１０は、酸素を検出可能な活性化状態となる。

次に、全領域空燃比センサ素子１０とセンサ制御回路３１およびヒータ電圧供給装置４３とを電気的に接続するための５本のリード線６１〜６５（ヒータ用リード線６１，６２、ポンプ側リード線６３、共通リード線６４、測定側リード線６５）について説明する。

各リード線６１〜６５は、金属材料（例えば、銅、金、ステンレス合金など）からなる芯線（詳細には、芯線は、金属材料からなる複数の細線が撚られた状態で構成される。）と、芯線の周囲を覆う絶縁性材料（例えば、樹脂、ゴムなど）からなる被覆部と、を備えて構成されている。なお、各リード線６１〜６５は、芯線を遮蔽するための金属材料からなるシールド部が設けられたシールド線ではなく、シールド無しリード線で構成されている。

ヒータ用リード線６１，６２および検知部用リード線６３〜６５は、それぞれ複数（２本または３本）のリード線から構成されている。例えばヒータ用リード線６１は、複数のリード線がコネクタ５０を介して接続可能に構成されており、コネクタ５０が接続されることで、全領域空燃比センサ素子１０とセンサ制御回路３１およびヒータ電圧供給装置４３とが電気的に接続される。なお、その他のリード線６２〜６５においても、ヒータ用リード線６１と同様に構成されている。

コネクタ５０は、リード線（電線）同士あるいはリード線と電気装置とを接続するものであって、突き出た電極（ピン）を有する雄コネクタと、突き出た電極を受ける電極を有する雌コネクタとが一組になって構成されている。ここで、図１に示すコネクタ５０においては、雄コネクタと雌コネクタとが結合された状態を示し、各リード線６１〜６５をコネクタ５０（雄コネクタおよび雌コネクタ）に設けられた電極５１〜５５で接続した状態を示している。

コネクタ５０において、雄コネクタと雌コネクタとを分離すると、コネクタ電極５１〜５５の部位で各リード線６１〜６５を同時に分離することができる。また、コネクタ５０において、雄コネクタと雌コネクタとが分離された状態から雄コネクタと雌コネクタとを結合させると、コネクタ電極５１〜５５の部位で各リード線６１〜６５を同時に接続することができる。

即ち、各リード線６１〜６５にコネクタ５０を設けておくことにより、全領域空燃比センサ素子１０とセンサ制御回路３１およびヒータ電圧供給装置４３との接続および分離を容易に行うことができるのである。

ここで、ヒータ用リード線６１，６２に流される電流は、ヒータ４１に通電を行うための電流であるため、検知部用リード線６３〜６５に流される酸素濃度を検出するための電流と比較すると、かなり大きな電流となる。しかも、ヒータ用リード線６１，６２に流される電流は、ＰＷＭ制御されているため、電流の変化量が著しく大きくなる。

このため、単にリード線６１〜６５を利用するだけでは、ヒータ用リード線を流れる電流による磁界が検知部用リード線を流れる電流にノイズを発生させるので、センサ制御回路３１が全領域空燃比センサ素子１０からの信号を正常に検出できなくなる虞がある。

そこで、本実施形態においては、各リード線６１〜６５に配置を工夫している。このことについて図２および図３を用いてより詳しく説明する。図２はリード線６１〜６５およびコネクタ５０の具体的形状を示す説明図、図３はツイスト形態のリード線６１〜６５を模式的に示す説明図である。

図２に示すように、２本のヒータ用リード線６１，６２と、３本の検知部用リード線６３〜６５とは、それぞれ別々に、均等にツイスト（リード線６１〜６５の延伸方向に対して直交する方向からリード線６１〜６５を見たときに、各リード線６１〜６５が交差することにより位置が入れ替わる状態）され、各リード線６１〜６５の端部がコネクタ５０に接続されている。そして、ツイストされたヒータ用リード線６１，６２と、ツイストされた検知部用リード線６３〜６５とは、結束バンド７１により結束されている。

なお、この構成により各リード線６１〜６５は、他のリード線と接触する状態となるが、芯線が被覆部で覆われていることから、被覆部同士が接触する状態となり、芯線同士は互いに電気的に絶縁された状態で配設される。

また、ヒータ用リード線６１，６２がツイストされているピッチ（繰り返しの間隔）は、例えば１ｍあたり３０回程度に設定され、かつ場所によらず均等に設定されている。また、ヒータ用リード線６１，６２におけるピッチは、検知部用リード線６３〜６５におけるピッチとは異なるピッチに設定されている。また、均等にツイストするとは、ピッチが場所によらず同一であることを示す。

なお、ピッチとは、図３に示すように、例えば、あるリード線が異なるリード線と交差する地点から、再び同じリード線と交差する地点までの距離を示す。
特に図３に示す例においては、ヒータ用リード線６１，６２がツイストされているピッチは、検知部用リード線６３〜６５がツイストされているピッチより狭く設定されている。例えば、ヒータ用リード線６１，６２のピッチは、検知部用リード線６３〜６５のピッチの２／３に設定されている。このような検知部用リード線６３〜６５は、図３に示すように、各ヒータ用リード線６１，６２を流れる電流による２つの異なる方向の磁界の影響を受けることになる。

つまり、ヒータ用リード線６１，６２は、検知部用リード線６３〜６５に対して交互に近接する。そして、ヒータ用リード線６１，６２には、それぞれ逆向きの電流（電流方向を図３に実線矢印で表示）が流されることから、ヒータ用リード線６１，６２を流れる電流は、検知部用リード線６３〜６５に２つの異なる向きの磁界を発生させ、その２つの方向が逆方向になっている。よって、この構成により、この磁界により発生する電流（ノイズ：電流方向を図３に破線矢印で表示）を相殺できるようにしている。

なお、本実施形態において、酸素ポンプセル１１および酸素濃度検知部１５は本発明でいう検知部に相当し、セラミックヒータ４１は本発明でいうヒータ部に相当し、全領域空燃比センサ素子１０は本発明でいうセンサ素子に相当する。また、センサ制御回路３１は本発明でいう検出装置に相当し、ヒータ電圧供給装置４３は本発明でいう制御装置に相当する。

［実施形態の効果］
以上のように詳述したガス検出システム１においては、酸素ポンプセル１１および酸素濃度検知部１５からの出力信号を検出するセンサ制御回路３１と酸素ポンプセル１１，酸素濃度検知部１５とを電気的に接続する検知部用リード線６３〜６５と、検知部用リード線６３〜６５に対して少なくとも一部が近接配置され、セラミックヒータ４１をＰＷＭ制御するヒータ電圧供給装置４３とセラミックヒータ４１とを電気的に接続する一対のヒータ用リード線６１，６２と、全領域空燃比センサ素子１０と、を備えている。そして、ガス検出システム１において、一対のヒータ用リード線６１，６２の少なくとも一部分は、検知部用リード線６３〜６５を含まずにツイストされている。

従って、このようなガス検出システム１によれば、ヒータ用リード線６１，６２のみでツイストさせているので、一対のヒータ用リード線６１，６２に電流が流されると、ヒータ用リード線６１，６２が交差している部位の前後で、検知部用リード線６３〜６５に近接するヒータ用リード線６１，６２が入れ替わるため、検知部用リード線６３〜６５に対してその部位の前後で、逆向きの磁界を発生させることができる。よって、ヒータ用リード線６１，６２を流れる電流が検知部用リード線６３〜６５を流れる電流に与えるノイズを相殺することができるので、ヒータ用リード線６１，６２を流れる電流が検知部用リード線６３〜６５を流れる電流に発生させるノイズを軽減することができる。

さらに、一対のヒータ用リード線６１，６２は、このリード線１ｍあたり３回以上ツイストされている。
従って、このようなガス検出システム１によれば、各ヒータ用リード線６１，６２が検知部用リード線６３〜６５に対して交互に接するようにすることができるので、ヒータ用リード線６１，６２を流れる電流が検知部用リード線６３〜６５を流れる電流に発生させるノイズをより効果的に相殺することができる。また、後述する実験結果より、ヒータ用リード線６１，６２が１ｍあたり３回以上ツイストされていれば、ヒータ用リード線６１，６２を流れる電流が検知部用リード線６３〜６５を流れる電流に発生させるノイズを充分軽減することができる。

また、ガス検出システム１において複数の検知部用リード線６３〜６５の少なくとも一部分は、ヒータ用リード線６１，６２を含まずにツイストされている。
従って、このようなガス検出システム１によれば、検知部用リード線６３〜６５を構成する各線とヒータ用リード線６１，６２との距離を平均化することができるので、特定の検知部用リード線６３〜６５のみがヒータ用リード線６１，６２を流れる電流の影響を受けることを防止することができる。また、ヒータ用リード線６１，６２由来のノイズ以外の電磁ノイズを軽減させることができる。

さらに、ヒータ用リード線６１，６２がツイストされたピッチと、検知部用リード線６３〜６５がツイストされたピッチとは、互いに異なるピッチに設定されている。例えば、ヒータ用リード線６１，６２がツイストされているピッチが、検知部用リード線６３〜６５がツイストされているピッチの２／３に設定されている。

検知部用リード線６３〜６５のピッチと、ヒータ用リード線６１，６２のピッチが同一である場合、検知部用リード線６３〜６５とヒータ用リード線６１，６２とのツイストの周期運動の位相が同じであると、検知部用リード線６３〜６５に流れる電流がヒータ用リード線６１，６２由来のノイズの影響を受ける虞がある。そのため、このようなガス検出システム１によれば、より確実にヒータ用リード線６１，６２を流れる電流の影響を除去することができる。

また、ヒータ用リード線６１，６２および検知部用リード線６３〜６５のうちの少なくとも一方のリード線には、リード線を係合するコネクタ５０を備えている。
従って、このようなガス検出システム１によれば、リード線にコネクタ５０を備えているので、センサ制御回路３１またはヒータ電圧供給装置４３と、全領域空燃比センサ素子１０とを容易に切り離すことができる。よって、このセンサにおけるリード線の接続や組み立てを容易に行うことができる。

［実験例］
発明者は上記実施形態の効果を立証するために実験を行った。
図４および図５は、各リード線６１〜６５をツイストすることなく結束バンド７１で結束した状態において、ポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズ波形を示すグラフである。特に、図４は、全領域空燃比センサ素子１０−センサ素子側コネクタ５０間、および制御回路側コネクタ５０−センサ制御回路３１（ヒータ電圧供給装置４３）間のリード線６１〜６５の長さを０．３ｍに設定し、センサ素子側コネクタ５０−制御回路側コネクタ５０間のリード線６１〜６５の長さを３．０ｍに設定したとき（つまり全領域空燃比センサ素子１０−センサ制御回路３１（ヒータ電圧供給装置４３）間の距離が３．６ｍのとき）のノイズ波形を示す。また図５は、センサ素子側コネクタ５０−制御回路側コネクタ５０間の距離を０に設定したとき（つまり全領域空燃比センサ素子１０−センサ制御回路３１（ヒータ電圧供給装置４３）間の距離が０．６ｍのとき）のノイズ波形を示す。

全領域空燃比センサ素子１０−センサ制御回路３１（ヒータ電圧供給装置４３）間の距離が３．６ｍのときには、図４に示すように、ヒータ電圧供給装置４３による瞬間的な印加電圧Ｖｈ（印可電圧Ｖｈは約１３．５Ｖ）をスイッチングする度に、ポンプ電流Ｉｐにノイズが発生し、ポンプ電流Ｉｐが０．１ｍＡ程度変化することが解る。

一方、全領域空燃比センサ素子１０−センサ制御回路３１（ヒータ電圧供給装置４３）間の距離が０．６ｍのときには、図５に示すように、ヒータ電圧供給装置４３により印加電圧Ｖｈをスイッチングしても、ポンプ電流Ｉｐは０．０１ｍＡ程度しか変化しない。

つまり、各リード線をツイストしない構成において、検知部用リード線６３〜６５を流れる電流にノイズの影響を受けないようにするためには、各リード線の長さを極力短くしなければならないことが解る。ところが、全領域空燃比センサ素子１０とセンサ制御回路３１（ヒータ電圧供給装置４３）とは、必ずしも近接させることはできないため、全領域空燃比センサ素子１０−センサ制御回路３１（ヒータ電圧供給装置４３）間の距離が離れている場合におけるノイズ対策が必要となる。

そこで、ツイストしない構成の各リード線（図４のもの）を使用する場合と、上記実施形態のようにツイストした構成の各リード線６１〜６５を使用する場合とを比較した結果を図６に示す。図６は、図４に示す例と同一の長さのリード線で、同様の条件で印加電圧Ｖｈをスイッチングしたときにおけるポンプ電流Ｉｐの波形を表すグラフである。

図６に示すように、各リード線をツイストしない構成においては、ヒータ電圧供給装置４３により印加電圧Ｖｈをスイッチングする度に、ポンプ電流Ｉｐが０．１ｍＡ程度変化するが、各リード線をツイストした本実施形態の構成においては、ポンプ電流Ｉｐは０．０２ｍＡ程度しか変化しない。つまり、各リード線をツイストすることにより、ポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズを約１／１０に減少させることができた。

また、発明者は、上記のように示した２種類のリード線に加えて、検知部用リード線６３〜６５をツイストすることなく、ヒータ用リード線６１，６２のみをツイストしたものについても、ノイズを減少させる効果があるか否かを実験した。この実験結果を図７に示す。

図７は、上記３種類のリード線（実施形態のリード線６１〜６５、ヒータ用リード線６１，６２のみをツイストしたもの、およびリード線を一切ツイストしないもの）において、各コネクタ５０間の距離と、このときポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズの大きさ（ΔＩｐ）との関係を示すグラフである。

図７に示すように、各リード線をツイストしないものにおいては、リード線の長さが長くなるにつれて比例的にΔＩｐが増大し、リード線長さが３ｍの際にはΔＩｐは約０．１ｍＡとなった。一方、実施形態のリード線６１〜６５およびヒータ用リード線６１，６２のみをツイストしたものにおいては、リード線の長さが長くなるにつれてΔＩｐが増大する傾向はあるものの、リード線長さが３ｍの際であってもΔＩｐは約０．０２ｍＡであった。

特に、実施形態のリード線６１〜６５と、ヒータ用リード線６１，６２のみをツイストしたものとを比較すると、実施形態のリード線６１〜６５は、リード線長さが３ｍの際にヒータ用リード線６１，６２のみをツイストしたものよりもΔＩｐが小さくなったが、リード線長さが１ｍおよび２ｍの際には、両者からほぼ同じΔＩｐが検出された。

即ち、実施形態のリード線６１〜６５のように、ヒータ用リード線６１，６２と検知部用リード線６３〜６５とを別々にツイストしていることが最も好ましいが、少なくともヒータ用リード線６１，６２がツイストされていれば、ポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズの大きさ（ΔＩｐ）を減少させる効果が得られることが解った。

次に、発明者は、ヒータ用リード線６１，６２のツイスト回数に着目し、ヒータ用リード線６１，６２のツイスト回数とポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズの大きさ（ΔＩｐ）との関係を図８に示すように計測した。

なお、この実験においては、検知部用リード線６３〜６５をツイストすることなく、ヒータ用リード線６１，６２のみをツイストしている。また、１回のツイストとは、リード線の延伸方向に対して直交する方向からこのリード線を見たときに、リード線が１８０°捻られてリード線同士の位置が入れ替わる状態（図３、図９参照）をいう。

図８に示すように、ツイスト回数が１０回以下（リード線１ｍあたりのツイスト回数が約３回以下）の場合には、ツイスト回数が奇数回のときのほうが、ツイスト回数が偶数回のときよりもΔＩｐが小さくなることが解る。また、ツイスト回数が１０回を超えると、ツイスト回数が偶数回であっても良好にノイズが除去されていることが解る。

なお、ツイスト回数が奇数回のときのほうが、ツイスト回数が偶数回のときよりもΔＩｐが小さくなるのは、図９に示すように、ヒータ用リード線６１，６２のうち、一方のヒータ用リード線６１，６２が検知部用リード線６３〜６５に近接している部分の長さ（図中「区間Ａ」の距離の和）と他方のヒータ用リード線６１，６２が検知部用リード線６３〜６５に近接している部分の長さ（図中「区間Ｂ」の距離の和）とが、極力等しくなるようにすることができるためと考えられる。つまり、区間Ａの距離の和と区間Ｂの距離の和とが極力等しくなるようにすることにより、ある方向の磁界とこの磁界の方向とは逆方向の磁界とを検知部用リード線６３〜６５に均等に与え、磁界によるノイズを相殺するようにしている。

ただし、ツイスト回数が１０回を超えると、ツイスト回数が偶数回であっても上記の区間Ａの距離の和と区間Ｂの距離の和との差が僅かになるため、ΔＩｐに影響を及ぼさなくなるものと考えられる。よって、ツイスト回数を１０（１ｍあたり約３回）以上に設定すれば、ツイスト回数が偶数回であるか奇数回であるかによらず、良好に検知部用リード線６３〜６５におけるノイズを除去することができる。

［その他の実施形態］
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、上記実施形態においては、全領域空燃比センサに対して本発明を適用したが、酸素センサ、ＮＯｘセンサ等、ヒータを有するセンサであれば本発明を適用することができる。

また、酸素濃度（酸素分圧）を検出するセンサに限らず、物質の物理量（物理的な性質・状態を表現する量）を検出するセンサであれば本発明を採用することができる。

ガス検出システムの概略構成を表したシステム構成図である。リード線およびコネクタの具体的形状を示す説明図である。ツイスト形態のリード線を模式的に示す説明図である。ツイストしない長いリード線において、ポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズ波形を示すグラフである。ツイストしない短いリード線において、ポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズ波形を示すグラフである。印加電圧Ｖｈをスイッチングしたときにおけるポンプ電流Ｉｐの波形を表すグラフである。各コネクタ間の距離と、ポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズの大きさ（ΔＩｐ）との関係を示すグラフである。ヒータ用リード線のツイスト回数とポンプ電流Ｉｐに与えられるノイズの大きさ（ΔＩｐ）との関係を示すグラフである。ツイスト回数が奇数回・偶数回であることの差異を示す説明図である。

符号の説明

１…ガス検出システム、１０…全領域空燃比センサ素子、１１…酸素ポンプセル、１５…酸素濃度検知部、１９…ガス検出室、２１…ガス拡散多孔質層、２３…遮蔽層、２５…酸素基準室、３１…センサ制御回路、３３…ポンプ電流駆動回路、３５…電圧出力回路、３７…測定電流供給回路、３９…基準電圧比較回路、４０…微小電流供給回路、４１…セラミックヒータ、４３…ヒータ電圧供給装置、５０…コネクタ、５１〜５５…コネクタ電極、６１，６２…ヒータ用リード線、６３〜６５…検知部用リード線、７１…結束バンド。

Claims

被検査対象の物理量を測定する検知部、および前記検知部を加熱するヒータ部、を有するセンサ素子と、
前記検知部からの出力信号を検出する検出装置と前記検知部とを電気的に接続する複数の検知部用リード線と、
前記検知部用リード線に対して少なくとも一部が近接配置され、前記ヒータ部の通電状態をＰＷＭ制御する制御装置と前記ヒータ部とを電気的に接続する一対のヒータ用リード線と、
を備えたセンサであって、
前記一対のヒータ用リード線の少なくとも一部分は、前記検知部用リード線を含まずにツイストされており、
前記複数の検知部用リード線の少なくとも一部分は、前記ヒータ用リード線を含まずにツイストされており、
前記ヒータ用リード線がツイストされたピッチと、前記検知部用リード線がツイストされたピッチとは、互いに異なるピッチに設定されていること
を特徴とするセンサ。
前記一対のヒータ用リード線は、奇数回ツイストされていること
を特徴とする請求項１に記載のセンサ。
前記一対のヒータ用リード線は、当該リード線１ｍあたり３回以上ツイストされていること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ。
前記ヒータ用リード線がツイストされたピッチは、前記検知部用リード線がツイストされたピッチよりも狭く設定されていること
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。
前記ヒータ用リード線および前記検知部用リード線のうちの少なくとも一方のリード線には、該複数のリード線を係合するコネクタを備えること
を特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のセンサ。