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特開2022-158965セラミックヒータ、セラミックヒータの駆動方法及びガスセンサ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022158965
(43)【公開日】2022-10-17
(54)【発明の名称】セラミックヒータ、セラミックヒータの駆動方法及びガスセンサ
(51)【国際特許分類】
H05B 3/10 20060101AFI20221006BHJP
H05B 3/18 20060101ALI20221006BHJP
G01N 27/416 20060101ALI20221006BHJP
G01N 27/409 20060101ALI20221006BHJP
G01N 27/41 20060101ALI20221006BHJP
G01N 27/419 20060101ALI20221006BHJP
【ＦＩ】
H05B3/10 Z
H05B3/18
G01N27/416 331
G01N27/409 100
G01N27/41 325Q
G01N27/419 327Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022031411
(22)【出願日】2022-03-02
(31)【優先権主張番号】P 2021059115
(32)【優先日】2021-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100077665
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏
(74)【代理人】
【識別番号】100116676
【弁理士】
【氏名又は名称】宮寺 利幸
(74)【代理人】
【識別番号】100191134
【弁理士】
【氏名又は名称】千馬 隆之
(74)【代理人】
【識別番号】100136548
【弁理士】
【氏名又は名称】仲宗根 康晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136641
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 志郎
(74)【代理人】
【識別番号】100180448
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 亨祐
(72)【発明者】
【氏名】井畑 佳奈
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 悠介
(72)【発明者】
【氏名】岩井 志帆
(72)【発明者】
【氏名】関谷 高幸
(72)【発明者】
【氏名】則竹 陽介
(72)【発明者】
【氏名】近藤 大地
【テーマコード（参考）】
2G004
3K092
【Ｆターム（参考）】
2G004BB04
2G004BJ03
3K092PP20
3K092QB02
3K092RF11
3K092VV08
3K092VV28
(57)【要約】 （修正有）
【課題】セラミックヒータの劣化原因である、マイグレーション（イオンマイグレーション）を防止するセラミックヒータを提供する。
【解決手段】セラミックヒータ１６４は、電子部品に備えられ、通電により発熱部が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータ１６４であって、発熱部への通電波形がパルス波形であり、且つ、前記パルス波形のパルス電圧Ｖｐ［Ｖ］と周期Ｔ［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である。
【選択図】図２
【解決手段】セラミックヒータ１６４は、電子部品に備えられ、通電により発熱部が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータ１６４であって、発熱部への通電波形がパルス波形であり、且つ、前記パルス波形のパルス電圧Ｖｐ［Ｖ］と周期Ｔ［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子部品に備えられ、通電により発熱部が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータであって、
前記発熱部への通電波形がパルス波形であり、且つ、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である、セラミックヒータ。
前記発熱部への通電波形がパルス波形であり、且つ、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である、セラミックヒータ。
【請求項2】
請求項１記載のセラミックヒータにおいて、
前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が４５０［Ｖ・ｍｓ］未満である、セラミックヒータ。
前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が４５０［Ｖ・ｍｓ］未満である、セラミックヒータ。
【請求項3】
請求項１又は２記載のセラミックヒータにおいて、
前記発熱部は、一対の接続端子からそれぞれヒータパターンが互いに遠ざかる部分と互いに接近した部分とが繰り返されて、先端部において結合された形状を有し、
各ヒータパターンは、複数の互いに接近した部分と、複数の互いに遠ざかる部分とを有する、セラミックヒータ。
前記発熱部は、一対の接続端子からそれぞれヒータパターンが互いに遠ざかる部分と互いに接近した部分とが繰り返されて、先端部において結合された形状を有し、
各ヒータパターンは、複数の互いに接近した部分と、複数の互いに遠ざかる部分とを有する、セラミックヒータ。
【請求項4】
請求項１又は２記載のセラミックヒータにおいて、
前記発熱部は、リード部を介して通電することにより加熱され、
前記発熱部は、
前記電子部品の幅方向に間隔を開けて並び、前記電子部品の長さ方向に延びる４つ以上の直線部と、
前記幅方向に隣り合う２つの前記直線部における前記リード部に近い端部を接続する１以上の第１接続部と、
前記幅方向に隣り合う２つの前記直線部における前記リード部から遠い端部を接続する複数の第２接続部と、
を有する、セラミックヒータ。
前記発熱部は、リード部を介して通電することにより加熱され、
前記発熱部は、
前記電子部品の幅方向に間隔を開けて並び、前記電子部品の長さ方向に延びる４つ以上の直線部と、
前記幅方向に隣り合う２つの前記直線部における前記リード部に近い端部を接続する１以上の第１接続部と、
前記幅方向に隣り合う２つの前記直線部における前記リード部から遠い端部を接続する複数の第２接続部と、
を有する、セラミックヒータ。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセラミックヒータにおいて、
前記電子部品がガスセンサである、セラミックヒータ。
前記電子部品がガスセンサである、セラミックヒータ。
【請求項6】
電子部品に備えられ、通電により発熱部が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータの駆動方法であって、
前記発熱部への通電波形をパルス波形とし、
前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である、セラミックヒータの駆動方法。
前記発熱部への通電波形をパルス波形とし、
前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である、セラミックヒータの駆動方法。
【請求項7】
請求項６記載のセラミックヒータの駆動方法において、
前記電子部品がガスセンサである、セラミックヒータの駆動方法。
前記電子部品がガスセンサである、セラミックヒータの駆動方法。
【請求項8】
通電により発熱部が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータであって、且つ、前記発熱部への通電波形がパルス波形であり、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下であるセラミックヒータを有するガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セラミックヒータ、セラミックヒータの駆動方法及びガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１では、高温時及び冷熱間サイクルにおいて強度的に優れ、早期始動性に優れ、正確な測定を行うことができ、さらには、低消費電力のガスセンサ素子を提供することを課題としている。
【0003】
この課題を解決するため、ガスセンサ素子は、絶縁性基部と、Ｉｐセル（ポンプセル）と、Ｖｓセル（検出セル）とを備える。絶縁性基部は、アルミナを主成分とする部材である。Ｉｐセル及びＶｓセルの各々は、固体電解質層と一対の電極とを有する。ＩｐセルとＶｓセルとの間には、拡散室が形成されている。ガスセンサ素子の内部には、積層方向と垂直な方向に拡散室を区画する内壁が設けられている。Ｉｐセルの一方の電極とＶｓセルの一方の電極とは、互いに向かい合っている。Ｉｐセルの一方の電極とＶｓセルの一方の電極とは、内壁の少なくとも一部を構成している。絶縁性基部は、Ｉｐセル及びＶｓセルにおける拡散室が形成されていない箇所に配置されている。絶縁性基部は、Ｉｐセル及びＶｓセルと直接接合されている。あるいは、絶縁性基部は、他の部材を介して、Ｉｐセル及びＶｓセルと間接的に接合されている。固体電解質層は、安定化ジルコニアとアルミナとを合計で９５［質量％］以上含有する。固体電解質層は、安定化ジルコニアを２０［質量％］～９０［質量％］含有している。また、固体電解質層は、アルミナを８０［質量％］～１０［質量％］含有している。
【0004】
特許文献２では、セラミックヒータを高温下で使用した場合、アルカリ金属又はアルカリ土類金属等のイオンマイグレーションによるセラミックヒータの耐久性の劣化を解決することを課題としている。
【0005】
すなわち、この課題を解決するため、セラミックヒータの基材となるセラミックスは、Ａｌ２Ｏ３と、ＳｉＯ２と、希土類元素酸化物とを含有する。セラミックスは、Ａｌ２Ｏ３を９０［重量％］～９９［重量％］含有している。また、セラミックスは、ＳｉＯ２を０．５［重量％］～４［重量％］含有している。さらに、セラミックスは、希土類元素酸化物を０．５［重量％］～６［重量％］含有している。セラミックスは、ＭｇＯ及びＣａＯをさらに含有する。ＭｇＯ及びＣａＯの合計量は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２及び希土類元素酸化物の合計量１００重量部に対して、０．４重量部以下である。
【0006】
特許文献３では、マイグレーションの抑制と端子電極の密着強度の向上とを両立するセラミックヒータと、セラミックヒータを熱源とし、被測定ガス中の特定成分の濃度によって変化する電気的特性を検出するセンサ部とを有するガスセンサ素子を提供することを課題としている。
【0007】
この課題を解決するため、ガスセンサ素子のセラミックヒータは、発熱体と、一対の発熱体リード部と、一対の端子電極とを有する。発熱体は、耐熱性セラミックスを主成分とする絶縁体の内側において、通電により発熱する。セラミックヒータの絶縁体のうち、少なくとも発熱体が直接触れる部分は、耐熱性セラミックスの含有率を相対的に高くした絶縁体層である。さらに、セラミックヒータの絶縁体のうち、端子電極が直接触れる部分は、耐熱性セラミックスの主成分の含有率を相対的に低くした絶縁体層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第４０３５５５５号公報
【特許文献2】特開２００１－１３５４６５号公報
【特許文献3】特開２０１２－１４６４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ＮＯｘセンサ素子は、セラミックヒータを備える。セラミックヒータは、通電により発熱部が加熱される。このセラミックヒータは、長時間の継続（連続）駆動又は断続駆動により、発熱部の細線化又は断線を引き起こすという問題があった。
【0010】
このようなセラミックヒータの劣化原因として、マイグレーション（イオンマイグレーション）が挙げられる。マイグレーションは、印加電圧によって、ヒータ電極若しくはヒータ絶縁層に含有された不純物が移動する現象、又は、印加電圧によって、焼結助剤中のアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の陽イオンが移動する現象である。
【0011】
このマイグレーションは、電圧差又は温度によって加速され、ヒータの駆動時間が経過するほど進行する。
【0012】
本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一態様に係るセラミックヒータは、電子部品に備えられ、通電により発熱部が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータであって、前記発熱部への通電波形がパルス波形であり、且つ、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である。
【0014】
本発明の一態様に係るセラミックヒータの駆動方法は、電子部品に備えられ、通電により発熱部が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータの駆動方法であって、前記発熱部への通電波形をパルス波形とし、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である。
【0015】
本発明の一態様に係るガスセンサは、通電により発熱部が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータであって、且つ、前記発熱部への通電波形がパルス波形であり、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下であるセラミックヒータを有する。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、ガスセンサ等の電子部品に適用することで、ヒータの駆動に伴う劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本実施形態に係るガスセンサ１０は、図１に示すように、センサ素子１２を備える。センサ素子１２は、長尺な直方体形状を有する。以下の説明では、センサ素子１２の長手方向（図１の上下方向及び図２の左右方向）をガスセンサ１０及びセンサ素子１２の前後方向とする。また、センサ素子１２の厚み方向（図１の左右方向及び図２の上下方向）をガスセンサ１０及びセンサ素子１２の上下方向とする。さらに、センサ素子１２の幅方向（ガスセンサ１０及びセンサ素子１２の前後方向及び上下方向に垂直な方向）をガスセンサ１０及びセンサ素子１２の左右方向とする。
【0019】
図１に示すように、ガスセンサ１０は、センサ素子１２と、保護カバー１４と、センサ組立体１８とを備える。保護カバー１４は、センサ素子１２の前端部を保護する。センサ組立体１８は、セラミックハウジング１６を有する。セラミックハウジング１６には、金属端子２０が装着される。金属端子２０は、センサ素子１２の後端部を保持する。金属端子２０は、センサ素子１２と電気的に接続される。これにより、セラミックハウジング１６は、コネクタ２２として機能する。
【0020】
ガスセンサ１０は、例えば、車両の排ガス管等の配管２４に取り付けられる。ガスセンサ１０は、被測定ガスとしての排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定する。特定ガスは、ＮＯｘ又はＯ２等である。
【0021】
保護カバー１４には、複数の孔が形成される。複数の孔は、被測定ガスを保護カバー１４の内方に流通させる。保護カバー１４で囲まれた空間は、センサ素子室３０である。センサ素子１２の前端は、センサ素子室３０内に配置される。
【0022】
センサ組立体１８は、素子封止体３２と、ナット３４とを有する。素子封止体３２は、センサ素子１２をガスセンサ１０内に封入固定する。ナット３４は、素子封止体３２に取り付けられる。センサ組立体１８は、外筒３６と、上述したコネクタ２２とを備える。センサ素子１２の後端の表面（上下面）には、図示しない電極が形成される。コネクタ２２は、図示しない各電極に接触することで、各電極と電気的に接続される。
【0023】
素子封止体３２は、筒状の主体金具４０と、筒状の内筒４２とを有する。内筒４２は、主体金具４０と同軸に溶接固定される。素子封止体３２は、セラミックスサポータ、圧粉体及びメタルリング等、を備える。セラミックスサポータ、圧粉体及びメタルリング等は、主体金具４０及び内筒４２の内側の貫通孔内に封入される。これにより、保護カバー１４内のセンサ素子室３０と外筒３６内の空間４４との間が封止される。また、センサ素子１２は、素子封止体３２に固定される。
【0024】
ナット３４は、主体金具４０と同軸に固定される。ナット３４の外周面には、雄ネジ部が形成されている。ナット３４の雄ネジ部は、固定用部材４６内に挿入される。固定用部材４６は、配管２４に溶接される。固定用部材４６の内周面には、雌ネジ部が設けられる。雌ネジ部には、ナット３４の雄ネジ部が螺合する。これにより、ガスセンサ１０は、配管２４に固定される。ガスセンサ１０のうち、センサ素子１２の前端及び保護カバー１４の部分は、配管２４内に突出する。
【0025】
外筒３６は、少なくとも、内筒４２、センサ素子１２及びコネクタ２２の周囲を覆う。コネクタ２２には、複数のリード線５０が接続される。複数のリード線５０は、外筒３６の後端から外部に引き出される。複数のリード線５０は、コネクタ２２を介して、センサ素子１２の各電極（後述）と導通する。外筒３６とリード線５０との隙間は、弾性絶縁部材５２によって封止される。弾性絶縁部材５２は、例えば、グロメットで構成される。外筒３６内の空間４４は、基準ガス（本実施形態では大気）で満たされる。センサ素子１２の後端は、この空間４４内に配置される。
【0026】
センサ素子１２は、図２に示すように、例えば、６つの層が、図面視で下側から順に積層された積層体を有する。６つの層は、第１基板層６０と、第２基板層６２と、第３基板層６４と、第１固体電解質層６６と、スペーサ層６８と、第２固体電解質層７０とである。上記６つの層は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性固体電解質層である。また、６つの層を形成する固体電解質は、緻密且つ気密である。センサ素子１２は、以下のように製造される。例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに対して、所定の加工及び回路パターンの印刷等を行う。次に、各セラミックスグリーンシートを積層して積層体とする。次に、積層体を焼成して一体化させる。
【0027】
センサ素子１２は、複数の拡散律速部と複数の内部空所とを有する。複数の拡散律速部及び複数の内部空所は、第２固体電解質層７０の下面と第１固体電解質層６６の上面との間に設けられる。すなわち、センサ素子１２は、ガス導入口８０と、第１拡散律速部８２と、緩衝空間８４と、第２拡散律速部８６と、第１内部空所８８と、第３拡散律速部９０と、第２内部空所９２と、第４拡散律速部９４と、第３内部空所９６とを有する。
【0028】
ガス導入口８０と、緩衝空間８４と、第１内部空所８８と、第２内部空所９２と、第３内部空所９６とは、スペーサ層６８をくり抜いて設けられる。これら緩衝空間８４等は、センサ素子１２内部の空間である。すなわち、これらの空間の上部は、第２固体電解質層７０の下面で区画される。また、これらの空間の下部は、第１固体電解質層６６の上面で区画される。さらに、これらの空間の側部は、スペーサ層６８の側面で区画される。
【0029】
第１拡散律速部８２と、第２拡散律速部８６と、第３拡散律速部９０とは、いずれも、２本の横長のスリットである。また、第４拡散律速部９４は、第２固体電解質層７０の下面との隙間として形成された１本の横長のスリットである。なお、これらのスリットは、図２の紙面に垂直な方向が長手方向である。また、ガス導入口８０から第３内部空所９６に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。
【0030】
センサ素子１２の一端側（先端側）から被測定ガス流通部よりも遠い位置には、基準ガス導入空間９８が設けられる。具体的には、基準ガス導入空間９８は、第３基板層６４の上面と、スペーサ層６８の下面との間であって、側部が第１固体電解質層６６の側面で区画される位置に設けられる。基準ガス導入空間９８には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば、大気（図１の空間４４内の雰囲気）が導入される。
【0031】
大気導入層１００は、多孔質アルミナ等のセラミックスを有する。大気導入層１００は、基準ガス導入空間９８に露出している。この大気導入層１００には、基準ガス導入空間９８を通じて、基準ガスが導入される。また、大気導入層１００は、基準電極１０２を被覆する。この大気導入層１００は、基準ガス導入空間９８内の基準ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与しつつ、拡散抵抗が付与された基準ガスを基準電極１０２に導入する。
【0032】
なお、大気導入層１００のうちの基準電極１０２よりもセンサ素子１２の後端側（図２の右側）は、基準ガス導入空間９８に露出している。換言すると、基準ガス導入空間９８は、基準電極１０２の直上までは形成されていない。但し、基準電極１０２が基準ガス導入空間９８の図２における真下に形成されてもよい。
【0033】
基準電極１０２は、第３基板層６４の上面と第１固体電解質層６６とに挟まれた電極である。基準電極１０２の周囲には、基準ガス導入空間９８につながる大気導入層１００が設けられる。なお、基準電極１０２は、第３基板層６４の上面に直接形成される。基準電極１０２において、第３基板層６４の上面に接する部分以外の部分は、大気導入層１００に覆われる。また、後述するように、基準電極１０２を用いて、第１内部空所８８内、第２内部空所９２内、及び、第３内部空所９６内の酸素濃度（酸素分圧）が測定可能である。基準電極１０２は、多孔質サーメット電極（例えば、ＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）である。
【0034】
ガス導入口８０は、外部空間に対して開口している。ガス導入口８０は、外部空間からセンサ素子１２内に被測定ガスを取り込む。第１拡散律速部８２は、ガス導入口８０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する。緩衝空間８４は、ガス導入口８０から第１拡散律速部８２を通じて導入された被測定ガスを、第２拡散律速部８６に導く。第２拡散律速部８６は、緩衝空間８４から第１内部空所８８に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する。
【0035】
ここで、被測定ガスが、センサ素子１２の外部から第１内部空所８８内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動による作用の一例を説明する。上記圧力変動としては、被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば、排気圧の脈動が挙げられる。上記圧力変動によってガス導入口８０からセンサ素子１２内部に被測定ガスが急激に取り込まれる。しかしながら、被測定ガスは、第１拡散律速部８２、緩衝空間８４及び第２拡散律速部８６を通じて濃度変動が打ち消される。濃度変動が打ち消された後、被測定ガスは、第１内部空所８８へ導入される。これによって、第１内部空所８８へ導入される被測定ガスの濃度変動は、ほとんど無視できる。第１内部空所８８は、第２拡散律速部８６を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間である。上記の酸素分圧は、後述する主ポンプセル１１０が作動することによって調整される。
【0036】
主ポンプセル１１０は、電気化学的ポンプセルである。主ポンプセル１１０は、内側ポンプ電極１１２と、外側ポンプ電極１１４と、第２固体電解質層７０とを有する。内側ポンプ電極１１２は、第１内部空所８８の内面に設けられる。外側ポンプ電極１１４は、第２固体電解質層７０の上面のうち、内側ポンプ電極１１２と対応する領域に設けられる。外側ポンプ電極１１４は、内側ポンプ電極１１２と対応する領域で、外部空間（図１のセンサ素子室３０）に露出している。第２固体電解質層７０は、内側ポンプ電極１１２と外側ポンプ電極１１４とに挟まれている。
【0037】
内側ポンプ電極１１２は、第１内部空所８８を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層７０及び第１固体電解質層６６）と、側壁を構成するスペーサ層６８とにわたって形成される。具体的には、第２固体電解質層７０の下面には、内側ポンプ電極１１２の天井電極部１１２ａが形成される。第２固体電解質層７０の下面は、第１内部空所８８の天井面を構成する。第１固体電解質層６６の上面には、底部電極部１１２ｂが直接形成される。第１固体電解質層６６の上面は、第１内部空所８８の底面を構成する。天井電極部１１２ａと底部電極部１１２ｂとは、側部電極部（図示省略）を介して接続されている。側部電極部は、第１内部空所８８の両側壁部を構成するスペーサ層６８の側壁面（内面）に形成される。すなわち、内側ポンプ電極１１２は、トンネル形態とされた構造として配設される。
【0038】
内側ポンプ電極１１２と外側ポンプ電極１１４とは、多孔質サーメット電極として形成される。多孔質サーメット電極は、例えば、Ａｕを１［％］含むＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極である。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極１１２は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【0039】
主ポンプセル１１０は、内側ポンプ電極１１２と外側ポンプ電極１１４との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加する。これにより、内側ポンプ電極１１２と外側ポンプ電極１１４との間に、正方向又は負方向にポンプ電流Ｉｐ０が流れる。この結果、主ポンプセル１１０は、第１内部空所８８内の酸素を外部空間に汲み出すことが可能である。また、主ポンプセル１１０は、外部空間の酸素を第１内部空所８８に汲み入れることが可能である。
【0040】
また、センサ素子１２は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル１２０を有する。以下、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル１２０を主ポンプセンサセル１２０と呼称する。主ポンプセンサセル１２０は、第１内部空所８８内の雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出する。この主ポンプセンサセル１２０は、電気化学的なセンサセルである。主ポンプセンサセル１２０は、内側ポンプ電極１１２と、第２固体電解質層７０と、スペーサ層６８と、第１固体電解質層６６と、基準電極１０２とを有する。
【0041】
センサ素子１２は、主ポンプセンサセル１２０の起電力Ｖ０を測定することで、第１内部空所８８内の酸素濃度（酸素分圧）を検出する。さらに、センサ素子１２は、起電力Ｖ０が一定となるように、可変電源１２２のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、ポンプ電流Ｉｐ０を制御する。これによって、第１内部空所８８内の酸素濃度は、所定の一定値に保たれる。
【0042】
第３拡散律速部９０は、第１内部空所８８内で主ポンプセル１１０の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する。第３拡散律速部９０は、所定の拡散抵抗が付与された被測定ガスを第２内部空所９２に導く。
【0043】
第２内部空所９２は、第３拡散律速部９０を通じて導入された被測定ガスに対して、補助ポンプセル１２４による酸素分圧の調整を行うための空間である。これにより、第２内部空所９２内の酸素濃度は、高精度に一定値に保たれる。この結果、ガスセンサ１０は、ＮＯｘ濃度を高精度に測定可能である。
【0044】
補助ポンプセル１２４は、補助的な電気化学的ポンプセルである。補助ポンプセル１２４は、補助ポンプ電極１２６と、外側ポンプ電極１１４と、第２固体電解質層７０とを有する。補助ポンプ電極１２６は、第２内部空所９２の内面に設けられる。なお、外側ポンプ電極１１４は、センサ素子１２の外側の適当な電極であればよい。
【0045】
この補助ポンプ電極１２６は、第２内部空所９２内に配設される。補助ポンプ電極１２６は、第１内部空所８８内に設けられた内側ポンプ電極１１２と同様に、トンネル形態の構造を有する。つまり、補助ポンプ電極１２６は、第２固体電解質層７０に形成された天井電極部１２６ａを有する。第２固体電解質層７０は、第２内部空所９２の天井面を構成する。また、補助ポンプ電極１２６は、第１固体電解質層６６の上面に直接形成された底部電極部１２６ｂをさらに有する。第１固体電解質層６６の上面は、第２内部空所９２の底面を構成する。天井電極部１２６ａと底部電極部１２６ｂとは、側部電極部（図示省略）を介して連結されている。側部電極部は、第２内部空所９２の側壁を構成するスペーサ層６８の両壁面にそれぞれ形成される。なお、補助ポンプ電極１２６は、内側ポンプ電極１１２と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【0046】
補助ポンプセル１２４は、補助ポンプ電極１２６と外側ポンプ電極１１４との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加する。これにより、補助ポンプセル１２４は、第２内部空所９２内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出すことが可能である。また、補助ポンプセル１２４は、外部空間から第２内部空所９２内に酸素を汲み入れることが可能である。
【0047】
また、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル１３０は、第２内部空所９２内の雰囲気中の酸素分圧を制御する。以下、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル１３０を補助ポンプセンサセル１３０と呼称する。補助ポンプセンサセル１３０は、電気化学的なセンサセルである。補助ポンプセンサセル１３０は、補助ポンプ電極１２６と、基準電極１０２と、第２固体電解質層７０と、スペーサ層６８と、第１固体電解質層６６とを有する。
【0048】
なお、補助ポンプセンサセル１３０は、起電力Ｖ１を検出する。可変電源１３２は、検出された起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される。補助ポンプセル１２４は、可変電源１３２を用いてポンピングを行う。これにより、第２内部空所９２内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御される。
【0049】
また、ポンプ電流Ｉｐ１は、主ポンプセンサセル１２０の起電力Ｖ０の制御に用いられる。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１が制御信号として主ポンプセンサセル１２０に入力されることで、起電力Ｖ０が制御される。これにより、第３拡散律速部９０から第２内部空所９２内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配は、常に一定となるように制御される。ガスセンサ１０をＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル１１０と補助ポンプセル１２４との働きによって、第２内部空所９２内での酸素濃度は、０．００１［ｐｐｍ］程度の一定値に保たれる。
【0050】
第４拡散律速部９４は、第２内部空所９２内で補助ポンプセル１２４の動作によって酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する。また、第４拡散律速部９４は、所定の拡散抵抗が付与された被測定ガスを第３内部空所９６に導く。第４拡散律速部９４は、第３内部空所９６に流入するＮＯｘの量を制限する。
【0051】
第３内部空所９６には、予め第２内部空所９２内で酸素濃度（酸素分圧）が調整された被測定ガスが、第４拡散律速部９４を通じて導入される。すなわち、第３内部空所９６は、導入された被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間である。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、第３内部空所９６内で、測定用ポンプセル１４０の動作により行われる。
【0052】
測定用ポンプセル１４０は、第３内部空所９６内で、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル１４０は、電気化学的ポンプセルである。測定用ポンプセル１４０は、測定電極１３４と、外側ポンプ電極１１４と、第２固体電解質層７０と、スペーサ層６８と、第１固体電解質層６６とを有する。測定電極１３４は、第３内部空所９６に面する第１固体電解質層６６の上面に直接形成される。測定電極１３４は、多孔質サーメット電極である。測定電極１３４は、第３内部空所９６内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。
【0053】
測定用ポンプセル１４０は、測定電極１３４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出する。
【0054】
また、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル１４２は、測定電極１３４の周囲の酸素分圧を検出する。以下、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル１４２を測定用ポンプセンサセル１４２と呼称する。測定用ポンプセンサセル１４２は、電気化学的なセンサセルである。測定用ポンプセンサセル１４２は、第１固体電解質層６６と、測定電極１３４と、基準電極１０２とを有する。可変電源１４４は、測定用ポンプセンサセル１４２で検出された起電力Ｖ２に基づいて制御される。
【0055】
第２内部空所９２内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で、第４拡散律速部９４を通じて第３内部空所９６の測定電極１３４に到達する。測定電極１３４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は、還元されて酸素を発生する（２ＮＯ→Ｎ2＋Ｏ2）。発生した酸素は、測定用ポンプセル１４０によってポンピングされる。また、測定用ポンプセンサセル１４２にて検出された起電力Ｖ２が一定となるように、可変電源１４４の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極１３４の周囲で発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例する。そのため、測定用ポンプセル１４０のポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出される。
【0056】
また、センサセル１４６は、電気化学的なセンサセルである。センサセル１４６は、第２固体電解質層７０と、スペーサ層６８と、第１固体電解質層６６と、第３基板層６４と、外側ポンプ電極１１４と、基準電極１０２とを有する。センサセル１４６によって得られる起電力Ｖｒｅｆにより、ガスセンサ１０外部の被測定ガス中の酸素分圧が検出可能である。
【0057】
さらに、基準ガス調整ポンプセル１５０は、電気化学的なポンプセルである。基準ガス調整ポンプセル１５０は、第２固体電解質層７０と、スペーサ層６８と、第１固体電解質層６６と、第３基板層６４と、外側ポンプ電極１１４と、基準電極１０２とを有する。基準ガス調整ポンプセル１５０において、可変電源１５２は、外側ポンプ電極１１４と基準電極１０２との間に接続されている。可変電源１５２は、電圧Ｖｐ３を印加することで、外側ポンプ電極１１４と基準電極１０２との間に制御電流Ｉｐ３を流す。これにより、基準ガス調整ポンプセル１５０は、ポンピングを行う。この結果、基準ガス調整ポンプセル１５０は、外側ポンプ電極１１４の周囲の空間（図１のセンサ素子室３０）から基準電極１０２の周囲の空間（大気導入層１００）に酸素の汲み入れを行う。可変電源１５２の電圧Ｖｐ３は、制御電流Ｉｐ３が所定の値（一定値の直流電流）となるような直流電圧として、予め定められる。
【0058】
ガスセンサ１０は、主ポンプセル１１０と補助ポンプセル１２４とを作動させることによって、酸素分圧が常に一定の低い値に保たれた被測定ガスを測定用ポンプセル１４０に与える。酸素分圧が常に一定の低い値とは、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値を指す。従って、上述したポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができる。なお、ポンプ電流Ｉｐ２は、上述したように、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル１４０より汲み出されることによって流れる。
【0059】
さらに、センサ素子１２は、センサ素子１２を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部１６０を備える。これにより、固体電解質の酸素イオン伝導性が高まる。ヒータ部１６０は、ヒータコネクタ電極１６２と、セラミックヒータ１６４と、スルーホール１６６と、ヒータ絶縁層１６８と、圧力放散孔１７０と、リード線１７２とを有する。
【0060】
また、センサ素子１２は、図４に示すように、ヒータ電源２００と、ヒータ電流取得部２０２と、ヒータ電圧取得部２０４と、ヒータ制御部２０６とを備える。
【0061】
ヒータ電源２００は、通電用リード２１０１、２１０２を介してセラミックヒータ１６４と接続される。ヒータ電源２００は、セラミックヒータ１６４に電力を供給してセラミックヒータ１６４を発熱させる。ヒータ電源２００により、セラミックヒータ１６４にはヒータ電流Ｉｈが流れる。
【0062】
ヒータ電流取得部２０２は、ヒータ電流Ｉｈを取得する電流検出回路である。ヒータ電流取得部２０２は、セラミックヒータ１６４とヒータ電源２００との間に接続される。ヒータ電流取得部２０２は、取得したヒータ電流Ｉｈをヒータ制御部２０６に出力する。
【0063】
ヒータ電圧取得部２０４は、セラミックヒータ１６４の両端の電圧（電位差）であるヒータ電圧Ｖｈを取得する電圧検出回路である。ヒータ電圧取得部２０４は、通電用リード２１０１、２１０２の間に接続される。ヒータ電圧取得部２０４は、取得したヒータ電圧Ｖｈをヒータ制御部２０６に出力する。
【0064】
また、図２に示すように、セラミックヒータ１６４は、第１内部空所８８から第３内部空所９６の全域に渡って埋設されている。セラミックヒータ１６４は、センサ素子１２全体を上記固体電解質が活性化する温度（例えば８００［℃］～９００［℃］）に調整可能である。
【0065】
ヒータ絶縁層１６８は、セラミックヒータ１６４の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されている。ヒータ絶縁層１６８は、多孔質アルミナを有する絶縁層である。ヒータ絶縁層１６８は、第２基板層６２とセラミックヒータ１６４との間の電気的絶縁性、及び、第３基板層６４とセラミックヒータ１６４との間の電気的絶縁性を得る目的で形成される。
【0066】
圧力放散孔１７０は、第３基板層６４を貫通し、基準ガス導入空間９８に連通するように設けられる。圧力放散孔１７０は、ヒータ絶縁層１６８内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成される。
【0067】
【0068】
本実施形態に係るガスセンサ１０に備えられたセラミックヒータ１６４は、パルス電圧の印加によって、７００［℃］以上９５０［℃］未満に制御される。これにより、センサ素子１２での出力値及び出力精度が保たれる。セラミックヒータ１６４への印加電圧は、図３に示すように、パルス電圧Ｖｐと、周期Ｔと、パルス幅Ｗの比（デューティー比）とによって定義される。
【0069】
セラミックヒータ１６４は、第１パターン１６４１と第２パターン１６４２とを有する。第１パターン１６４１及び第２パターン１６４２は、例えば、図４に示すように、それぞれ複数の蛇行パターンが連続して形成される。第１パターン１６４１と第２パターン１６４２とは、それぞれ並列して形成されている。第１パターン１６４１の先端部と第２パターン１６４２の先端部とは、結合されている。第１パターン１６４１及び第２パターン１６４２は、セラミックヒータ１６４の発熱部１６５を構成する。なお、「結合」は電気的に接続された状態を含む。
【0070】
セラミックヒータ１６４は、第１パターン１６４１（導体）と第２パターン１６４２（導体）とが互いに接近した部分と、互いに遠ざかる部分とを有する。また、第１パターン１６４１と第２パターン１６４２との間には、非金属媒体２１２が介在する。非金属媒体２１２は、第１パターン１６４１と第２パターン１６４２との短絡を防止する。なお、ヒータ絶縁層１６８の一部を非金属媒体２１２としてもよい。
【0071】
図５に示すように、第１パターン１６４１（導体）と第２パターン１６４２（導体）との間に電圧差があると、第１パターン１６４１と第２パターン１６４２との間に電界が生じる。例えば、第１パターン１６４１が高電位であり、第２パターン１６４２が低電位であれば、図５中の矢印のように、第１パターン１６４１から第２パターン１６４２に向かう電界が生じる。
【0072】
この電界の影響で、例えば、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンによるイオンマイグレーションが生じる。具体的には、カルシウムイオンＣａ２＋又はナトリウムイオンＮａ＋によるイオンマイグレーションが発生する。このイオンマイグレーションの発生によって、セラミックヒータ１６４が劣化して細線化又は断線が生じる場合がある。
【0073】
発熱部１６５への通電波形をパルス波形とした場合を想定したとき、以下のことが分かった。すなわち、図３、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、各パルス波形の電力実効値（パルス電圧Ｖｐ×パルス幅Ｗ）が同じであっても、周期Ｔを考慮した駆動電圧パラメータＸが大きいほど、劣化が進行する。そこで、本実施形態では、発熱部１６５（図４参照）への通電波形をパルス波形とし、且つ、駆動電圧パラメータＸを６００［Ｖ・ｍｓ］以下に制御する。なお、駆動電圧パラメータＸは、パルス波形のパルス電圧Ｖｐ［Ｖ］と周期Ｔ（単位周期）［ｍｓ］との積を示す。
【0074】
パルス波形の例としては、例えば、図６Ａに示すパルス波形、又は、図６Ｂに示すパルス波形が挙げられる。図６Ａに示すパルス波形は、パルス電圧が１２［Ｖ］、パルス幅が４［ｍｓ］、周期が１０［ｍｓ］である。図６Ｂに示すパルス波形は、パルス電圧が２４［Ｖ］、パルス幅が２［ｍｓ］、周期が１０［ｍｓ］である。
【0075】
図６Ａ及び図６Ｂの例では、単位周期におけるパルス電圧とパルス幅との積（面積）がいずれも同じである。つまり、図６Ａ及び図６Ｂの例は、いずれも、周期毎に４８［Ｖ・ｍｓ］が連続通電される。駆動電圧パラメータＸは、図６Ａの例では１２０［Ｖ・ｍｓ］、図６Ｂの例では２４０［Ｖ・ｍｓ］である。従って、電力実効値は、パルス通電及び連続通電のいずれも同じ値である。但し、図６Ａの例よりも図６Ｂの例の方が、駆動電圧パラメータＸは大きい。従って、図６Ｂの例の方が、セラミックヒータ１６４は、劣化しやすい。
【0076】
その他のパルス波形の例としては、例えば、図７Ａに示すパルス波形と、図７Ｂに示すパルス波形とが挙げられる。図７Ａに示すパルス波形は、パルス電圧が１２［Ｖ］、パルス幅が４［ｍｓ］、周期が１０［ｍｓ］である。図７Ｂに示すパルス波形は、パルス電圧が１２［Ｖ］、パルス幅が８［ｍｓ］、周期が２０［ｍｓ］のパルス波形である。図７Ａ及び図７Ｂの例では、単位周期（２０［ｍｓ］）におけるパルス電圧とパルス幅との積（面積）がいずれも同じである。つまり、図７Ａの例は、周期（１０［ｍｓ］）にかけて４８［Ｖ・ｍｓ］が連続通電される。図７Ｂの例は、周期（２０［ｍｓ］）にかけて９６［Ｖ・ｍｓ］が連続通電される。駆動電圧パラメータＸは、図７Ａの例が１２０［Ｖ・ｍｓ］、図７Ｂの例が２４０［Ｖ・ｍｓ］である。図７Ａの例よりも図７Ｂの例の方が、駆動電圧パラメータＸは大きい。従って、図７Ｂの例の方が、セラミックヒータ１６４は、劣化しやすい。
【0077】
セラミックヒータ１６４に印加する電圧の印加時間を短く、且つ、印加電圧を低くする方が、イオンの移動は起こりにくい。また、パルス波形のデューティー比が一定でも、周期が長くなると、パルス１回当たりの電圧印加時間が長くなる。これにより、イオンの移動が起こり易くなる。なお、上述したパルス電圧及びパルス幅等の数値は、あくまでも一例である。
【0078】
図３、図６Ａ～図７Ｂ等では、パルス波形として矩形状の波形を示しているが、これに限らない。例えば、パルス波形として、図８に示すように、パルス波形の先頭に、時間の経過と共に立ち上がる第１傾斜部分Ｌ１が存在してもよい。また、パルス波形の後部に、時間の経過と共に立ち下がる第２傾斜部分Ｌ２が存在してもよい。さらに、パルス波形の角部分及び立ち上がり部分が湾曲状となってもよい。なお、破線で示すように、立ち上がりの開始部分にアンダーシュートＵＳが存在し、立ち上がりの終了部分にオーバーシュートＯＳが存在してもよい。
【0079】
図８のパルス波形において、パルス幅Ｗは、第１傾斜部分Ｌ１のピーク値の５０［％］における時点Ｅから第２傾斜部分Ｌ２のピーク値の５０［％］における時点Ｆまでの時間を指す。なお、上記のピーク値は、オーバーシュートＯＳを除く。周期Ｔは、例えば、先頭のパルス波形Ｗｆ１における第１傾斜部分Ｌ１の時点Ｅから後方のパルス波形Ｗｆ２における第１傾斜部分Ｌ１の時点Ｅまでの時間を指す。
【0080】
その他、図９に示すように、パルス波形として、第１傾斜部分Ｌ１と第２傾斜部分Ｌ２とが近接した三角形状のパルス波形であってもよい。パルス幅Ｗは、上述した図８に示すパルス波形Ｗｆ１（Ｗｆ２）と同様である。すなわち、パルス幅Ｗは、第１傾斜部分Ｌ１のピーク値の５０［％］における時点Ｅから第２傾斜部分Ｌ２のピーク値の５０［％］における時点Ｆまでの時間を指す。周期Ｔは、例えば、先頭のパルス波形Ｗｆ１における第１傾斜部分Ｌ１の時点Ｅから後方のパルス波形Ｗｆ２における第１傾斜部分Ｌ１の時点Ｅまでの時間を指す。
【0081】
【0082】
【0083】
ここで、実施例１～９と比較例とについて、下記の試験を行った。試験は、環境温度２５［℃］、風速約１５［ｍ／ｓ］の環境下で行った。この試験では、セラミックヒータ１６４に印加されるパルス電圧と周期との積である駆動電圧パラメータＸ［Ｖ・ｍｓ］を変化させ、２０００時間経過後のヒータ抵抗値の上昇率を測定した。
【0084】
図１０の表１に、実施例１～９及び比較例のパルス電圧Ｖｐ［Ｖ］、周期Ｔ［ｍｓ］、駆動電圧パラメータＸ［Ｖ・ｍｓ］の試験水準と、試験結果とを示す。
【0085】
判定基準は、以下の通りである。すなわち、セラミックヒータ１６４が細線化して抵抗値が上昇すると、ガスセンサ１０内の空室の温度及び温度分布が変化する。これにより、ガスセンサ１０の出力値及び信号精度に影響が出る。そのため、ヒータ抵抗値の上昇率は、４［％］未満が好ましい。より出力精度を保つには、ヒータ抵抗値の上昇率は、３［％］未満に抑えることが好ましい。そこで、図１１の表２に示すように、判定基準として、上述のヒータ抵抗値の上昇率が３［％］未満をＡ、３［％］以上４［％］未満をＢ、４［％］以上をＣとした。
【0086】
【0087】
図１２のグラフから下記事項が導き出される。（１）発熱部１６５への通電波形がパルス波形である。（２）パルス波形のパルス電圧Ｖｐ［Ｖ］と周期Ｔ［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下であることが好ましい。（３）上記積が４５０［Ｖ・ｍｓ］未満であることがさらに好ましい。このように設定することで、長時間駆動後のヒータ抵抗値の上昇率が抑制可能となる。
【0088】
本実施形態の第１変形例について、図１３を参照しながら説明する。第１変形例では、セラミックヒータ１６４を構成する導体のパターンが図４及び図５に示すパターンとは異なる。具体的には、セラミックヒータ１６４は、リード部１８０と、発熱部１６５とを有する。
【0089】
リード部１８０は、通電用リード２１０１に接続される第１リード部１８０１と、通電用リード２１０２に接続される第２リード部１８０２とから構成される。発熱部１６５は、一端部が第１リード部１８０１に結合され、他端部が第２リード部１８０２に結合された導体パターン１８２である。導体パターン１８２は、第１リード部１８０１から第２リード部１８０２に向かって蛇行する導体パターンである。
【0090】
すなわち、導体パターン１８２は、センサ素子１２の左右方向（幅方向）に間隔を開けて、センサ素子１２の前後方向（長さ方向）に延びる４つの直線部１８２１を有する。４つの直線部１８２１のうち、左端の直線部１８２１の後端部は、第１リード部１８０１に結合されている。また、右端の直線部１８２１の後端部は、第２リード部１８０２に結合されている。
【0091】
４つの直線部１８２１のうち、左右方向の中央で隣り合う２つの直線部１８２１の後端部は、第１接続部１８２２を介して互いに結合されている。第１接続部１８２２は、Ｕ字状に湾曲したパターン形状であり、リード部１８０（第１リード部１８０１、第２リード部１８０２）に近接する。
【0092】
４つの直線部１８２１のうち、左側で隣り合う２つの直線部１８２１の前端部は、一方の第２接続部１８２３を介して互いに結合されている。また、右側で隣り合う２つの直線部１８２１の前端部は、他方の第２接続部１８２３を介して互いに結合されている。また、各第２接続部１８２３は、Ｕ字状に湾曲したパターン形状であり、リード部１８０（第１リード部１８０１、第２リード部１８０２）から離間している。
【0093】
ここで、ヒータ電源２００が通電用リード２１０１、２１０２及びリード部１８０を介して発熱部１６５（導体パターン１８２）に通電を行った場合、複数の直線部１８２１の間で電圧差があると、複数の直線部１８２１の間に電界が生じる。例えば、隣接する２つの直線部１８２１のうち、一方の直線部１８２１が高電位であり、他方の直線部１８２１が低電位であれば、図１３中の矢印のように、一方の直線部１８２１から他方の直線部１８２１に向かう電界が生じる。また、導体パターン１８２に通電することで、導体パターン１８２は高温になる。このように、電位差（電界）が発生すると共に、高温で使用されるので、セラミックヒータ１６４の劣化が発生しやすい。特に、隣接する２つの直線部１８２１間で劣化が発生しやすい。
【0094】
そこで、第１変形例でも、発熱部１６５を７００［℃］以上９５０［℃］未満で加熱する場合に、図６Ａ～図９に示したパルス波形を発熱部１６５に印加する。これにより、ヒータ駆動に伴う劣化が抑制できると共に、長時間駆動後のヒータ抵抗値の上昇率が抑制可能となる。
【0095】
図１４に示す第２変形例は、左右方向の中央で隣接する２つの直線部１８２１が、前方に向かって互いに近接する点で、図１３の第１変形例とは異なる。従って、左右方向の中央で隣接する２つの直線部１８２１の前端部の間隔は、その２つの直線部１８２１の後端部の間隔よりも短い。そのため、発熱部１６５に通電した場合、左右方向の中央で隣接する２つの直線部１８２１の前端部の間で発生する電界は、その２つの直線部１８２１の後端部で発生する電界よりも大きい。この結果、２つの直線部１８２１間で劣化が発生しやすくなる。そこで、第２変形例でも、発熱部１６５を７００［℃］以上９５０［℃］未満で加熱する場合に、図６Ａ～図９に示したパルス波形を発熱部１６５に印加することにより、第１変形例と同様の効果が得られる。
【0096】
図１５に示す第３変形例は、６つの直線部１８２１が設けられる点で、図１３の第１変形例とは異なる。そのため、左から２番目の直線部１８２１の後端部と左から３番目の直線部１８２１の後端部とは、一方の第１接続部１８２２を介して互いに接続されている。また、右から２番目の直線部１８２１の後端部と右から３番目の直線部１８２１の後端部とは、他方の第１接続部１８２２を介して互いに接続されている。
【0097】
また、左端の直線部１８２１の前端部と、左から２番目の直線部１８２１の前端部とは、左側の第２接続部１８２３を介して互いに接続されている。さらに、左右方向の中央の２つの直線部１８２１の前端部は、中央の第２接続部１８２３を介して互いに接続されている。さらにまた、右端の直線部１８２１の前端部と、右から２番目の直線部１８２１の前端部とは、右側の第２接続部１８２３を介して互いに接続されている。
【0098】
第３変形例でも、発熱部１６５に通電した場合、隣接する２つの直線部１８２１の間で電界が生じる。この結果、２つの直線部１８２１間で劣化が発生しやすい。従って、第３変形例でも、発熱部１６５を７００［℃］以上９５０［℃］未満で加熱する場合に、図６Ａ～図９に示したパルス波形を発熱部１６５に印加することにより、第１変形例と同様の効果が得られる。
【0099】
【0100】
また、上述した実施形態では、センサ素子１２は、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。上述の実施形態は、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出できればよい。例えば、被測定ガス中の酸素濃度を検出してもよい。
【0101】
上記実施形態をまとめると、以下のようになる。
【0102】
［１］ 電子部品に備えられ、通電により発熱部（１６５）が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータ（１６４）であって、前記発熱部（１６５）への通電波形がパルス波形であり、且つ、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である。これにより、ガスセンサ（１０）等の電子部品に適用することで、ヒータ駆動に伴う劣化が抑制できる。しかも、ヒータ抵抗値の上昇率が４［％］未満に抑えられる。
【0103】
［２］ 前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が４５０［Ｖ・ｍｓ］未満である。これにより、ガスセンサ（１０）等の電子部品に適用することで、ヒータ駆動に伴う劣化が抑制できる。しかも、ヒータ抵抗値の上昇率が３［％］未満に抑えられる。
【0104】
［３］ 前記発熱部（１６５）は、一対の接続端子からそれぞれヒータパターン（１６４１、１６４２）が互いに遠ざかる部分と互いに接近した部分とが繰り返されて、先端部において結合された形状を有し、各ヒータパターン（１６４１、１６４２）は、複数の互いに接近した部分と、複数の互いに遠ざかる部分とを有する。
【0105】
この場合、各ヒータパターン（１６４１、１６４２）との間に電圧差があると、各ヒータパターン（１６４１、１６４２）間で、いわゆるイオンマイグレーションが生じ易くなる。そこで、［１］、［２］の構成を採用することで、ヒータ駆動に伴う劣化が抑制できる。しかも、ヒータ抵抗値の上昇率が４［％］未満に抑えられる。
【0106】
［４］ 前記発熱部（１６５）は、リード部（１８０）を介して通電することにより加熱され、前記発熱部（１６５）は、前記電子部品の幅方向に間隔を開けて並び、前記電子部品の長さ方向に延びる４つ以上の直線部（１８２１）と、前記幅方向に隣り合う２つの前記直線部（１８２１）における前記リード部（１８０）に近い端部を接続する１以上の第１接続部（１８２２）と、前記幅方向に隣り合う２つの前記直線部（１８２１）における前記リード部（１８０）から遠い端部を接続する複数の第２接続部（１８２３）とを有する。
【0107】
この場合も、隣接する２つの直線部（１８２１）間に電圧差があると、２つの直線部（１８２１）間で、いわゆるイオンマイグレーションが生じ易くなる。そこで、［１］、［２］の構成を採用することで、ヒータ駆動に伴う劣化が抑制できる。しかも、ヒータ抵抗値の上昇率が４［％］未満に抑えられる。
【0108】
［５］ セラミックヒータ（１６４）において、前記電子部品がガスセンサ（１０）である。すなわち、ガスセンサ（１０）に適用することで、ヒータ駆動に伴う劣化が抑制できる。しかも、ヒータ抵抗値の上昇率が４［％］未満に抑えられる。
【0109】
［６］ 電子部品に備えられ、通電により発熱部（１６５）が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータ（１６４）の駆動方法であって、前記発熱部（１６５）への通電波形をパルス波形とし、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下である。これにより、ガスセンサ（１０）等の電子部品に適用することで、ヒータ駆動に伴う劣化が抑制できる。しかも、ヒータ抵抗値の上昇率が４［％］未満に抑えられる。
【0110】
［７］ セラミックヒータ（１６４）の駆動方法において、前記電子部品がガスセンサ（１０）である。すなわち、ガスセンサ（１０）に適用することで、ヒータ駆動に伴う劣化が抑制できる。しかも、ヒータ抵抗値の上昇率が４［％］未満に抑えられる。
【0111】
［８］ ガスセンサ（１０）は、通電により発熱部（１６５）が７００［℃］以上、９５０［℃］未満で加熱されるセラミックヒータ（１６４）であって、且つ、前記発熱部（１６５）への通電波形がパルス波形であり、前記パルス波形のパルス電圧［Ｖ］と周期［ｍｓ］との積が６００［Ｖ・ｍｓ］以下であるセラミックヒータ（１６４）を有する。これにより、ガスセンサ（１０）におけるヒータ駆動に伴う劣化が抑制できる。しかも、ヒータ抵抗値の上昇率が４［％］未満に抑えられる。
【0112】
なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。
【符号の説明】
【0113】
１０…ガスセンサ １２…センサ素子
１４…保護カバー １６…セラミックハウジング
１８…センサ組立体 ２０…金属端子
２２…コネクタ ２４…配管
５０、１７２…リード線 ５２…弾性絶縁部材
８０…ガス導入口 ９８…基準ガス導入空間
１００…大気導入層 １０２…基準電極
１１０…主ポンプセル １１２…内側ポンプ電極
１１４…外側ポンプ電極 １２４…補助ポンプセル
１２６…補助ポンプ電極 １３４…測定電極
１４０…測定用ポンプセル １２２、１３２、１４４、１５２…可変電源
１６０…ヒータ部 １６２…ヒータコネクタ電極
１６４…セラミックヒータ １６５…発熱部
１６６…スルーホール １６８…ヒータ絶縁層
１７０…圧力放散孔 １８０…リード部
２００…ヒータ電源 ２０２…ヒータ電流取得部
２０４…ヒータ電圧取得部 ２０６…ヒータ制御部
１８２１…直線部 １８２２…第１接続部
１８２３…第２接続部 ２１０１、２１０２…通電用リード
Ｉｈ…ヒータ電流
１４…保護カバー １６…セラミックハウジング
１８…センサ組立体 ２０…金属端子
２２…コネクタ ２４…配管
５０、１７２…リード線 ５２…弾性絶縁部材
８０…ガス導入口 ９８…基準ガス導入空間
１００…大気導入層 １０２…基準電極
１１０…主ポンプセル １１２…内側ポンプ電極
１１４…外側ポンプ電極 １２４…補助ポンプセル
１２６…補助ポンプ電極 １３４…測定電極
１４０…測定用ポンプセル １２２、１３２、１４４、１５２…可変電源
１６０…ヒータ部 １６２…ヒータコネクタ電極
１６４…セラミックヒータ １６５…発熱部
１６６…スルーホール １６８…ヒータ絶縁層
１７０…圧力放散孔 １８０…リード部
２００…ヒータ電源 ２０２…ヒータ電流取得部
２０４…ヒータ電圧取得部 ２０６…ヒータ制御部
１８２１…直線部 １８２２…第１接続部
１８２３…第２接続部 ２１０１、２１０２…通電用リード
Ｉｈ…ヒータ電流
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】