特許 7382263 異常検出方法及びガスセンサの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-08

(45)【発行日】2023-11-16

(54)【発明の名称】異常検出方法及びガスセンサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/26 20060101AFI20231109BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20231109BHJP

【ＦＩ】

G01N27/26 391Z

G01N27/416 331

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020056579

(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公開番号】P2021156711

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-10-18

(73)【特許権者】

【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】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水谷 亮一

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 悠介

(72)【発明者】

【氏名】関谷 高幸

【審査官】倉持 俊輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２６７６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６１３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５１０１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００，２７／０４，２７／２６，

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９，２７／４１６，２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス体と、
前記セラミックス体の内部に配設され、両端である第１端及び第２端を有する発熱部と、
前記第１端に接続され、前記発熱部への電力供給用の第１リードと、
前記第２端に接続され、前記発熱部への電力供給用の第２リードと、
前記第２リードと並列に前記第２端に接続された電圧測定用の第３リードと、
を備えたセラミックスヒータにおける前記第１リード及び前記第２リードの抵抗値の異常を検出する異常検出方法であって、
前記第１リード及び前記第２リードを介して前記発熱部に電力を供給して該発熱部を発熱させたときの、前記第１リード及び前記第２リードの温度が共に安定するまでの時間である温度安定時間を測定する安定時間測定ステップと、
前記測定された温度安定時間に基づいて前記第１リード及び前記第２リードの少なくとも一方の抵抗値の異常を検出する異常検出ステップと、
を含み、
前記安定時間測定ステップでは、下記式（１）で定義され、前記第１リードの抵抗値と前記第２リードの抵抗値とが同じとみなして算出される分担率Ｓ［％］が安定するまでの時間を前記温度安定時間として測定するか、又は温度センサを用いて測定した前記第１リード及び前記第２リードの温度に基づいて前記温度安定時間を測定する、
異常検出方法。
Ｓ＝ＲＨ／ＲＡ×１００ （１）
ただし、
ＲＨは前記発熱部の抵抗値である発熱部抵抗［Ω］、
ＲＡは前記発熱部，前記第１リード，及び前記第２リードの抵抗値を含むヒータ全体抵抗［Ω］

【請求項2】

前記異常検出ステップでは、前記測定された温度安定時間が所定の正常範囲から外れていた場合に、前記第１リード及び前記第２リードの抵抗値の少なくとも一方が異常であると判定する、
請求項１に記載の異常検出方法。

【請求項3】

前記セラミックス体は、長手方向を有し、
前記第１リード及び前記第２リードは、長さ方向が前記長手方向に沿うように配設されており、
前記安定時間測定ステップでは、前記セラミックス体を前記長手方向が鉛直方向に沿うように配置した状態で前記温度安定時間を測定する、
請求項１又は２に記載の異常検出方法。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の異常検出方法を、前記セラミックスヒータを備えた、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子に対して行う、
異常検出方法。

【請求項5】

請求項４に記載の異常検出方法を、前記センサ素子と該センサ素子を囲む筒状体とを備えたガスセンサに対して行う、
異常検出方法。

【請求項6】

前記安定時間測定ステップでは、前記ガスセンサが伝熱材を有する治具に取り付けられて前記筒状体と前記伝熱材とが接触した状態で前記温度安定時間を測定する、
請求項５に記載の異常検出方法。

【請求項7】

前記セラミックスヒータを備えた、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子を作製する素子作製工程と、
前記センサ素子と該センサ素子を覆う筒状体とを備えたガスセンサを作製するセンサ作製工程と、
前記素子作製工程で作製され前記センサ作製工程が行われる前の前記センサ素子と、前記センサ作製工程で作製されたガスセンサと、の少なくともいずれかに対して、請求項１～６のいずれか１項に記載の異常検出方法を行う検査工程と、
を含む、
ガスセンサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異常検出方法及びガスセンサの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、セラミックスヒータとしては、板状のセラミックス体と、セラミックス体の内部に配設された発熱体と、を備え、発熱体が発熱部とリード部とを有するものが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、リード部が、発熱部に通電するための第１，第２リードと、電圧測定用のリードとを備えた態様が記載されている。そして、第１，第２リードと電圧測定用のリードとの３本のリードを用いることで、第１，第２リードの電圧降下の値を除いた発熱部の両端の電圧を精度良く測定できることが記載されている。このとき、第１，第２リードの電圧降下の値がほぼ等しいことを前提として、発熱部の両端の電圧を測定することが記載されている。このような測定方法は３端子法と呼ばれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０４１４２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、セラミックスヒータを製造する場合において、発熱部の両端に接続される通電用のリードの実際の抵抗値が設計値などの正常な値と異なってしまう場合があった。リードの抵抗値に異常があると、例えば３端子法を用いて算出される発熱部の抵抗値に誤差が生じるなどの問題が起きる場合がある。その結果、セラミックスヒータの制御が正しく行えない場合がある。そのため、リードの抵抗値に異常があるか否かを検出したいという要望があった。

【0005】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、発熱部への電力供給用の第１，第２リードの少なくとも一方の抵抗値の異常を検出することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明の異常検出方法は、
セラミックス体と、
前記セラミックス体の内部に配設され、両端である第１端及び第２端を有する発熱部と、
前記第１端に接続され、前記発熱部への電力供給用の第１リードと、
前記第２端に接続され、前記発熱部への電力供給用の第２リードと、
前記第２リードと並列に前記第２端に接続された電圧測定用の第３リードと、
を備えたセラミックスヒータにおける前記第１リード及び前記第２リードの抵抗値の異常を検出する異常検出方法であって、
前記第１リード及び前記第２リードを介して前記発熱部に電力を供給して該発熱部を発熱させたときの、前記第１リード及び前記第２リードの温度が共に安定するまでの時間である温度安定時間を測定する安定時間測定ステップと、
前記測定された温度安定時間に基づいて前記第１リード及び前記第２リードの少なくとも一方の抵抗値の異常を検出する異常検出ステップと、
を含むものである。

【0008】

この異常検出方法では、まず、電力供給用の第１リード及び第２リードを介して発熱部に電力を供給して発熱部を発熱させる。そして、このときの、第１リード及び第２リードの温度が共に安定するまでの時間である温度安定時間を測定する。そして、測定された温度安定時間に基づいて第１リード及び第２リードの少なくとも一方の抵抗値の異常を検出する。ここで、発熱部に電力を供給すると、発熱部が発熱するが、第１，第２リードも電流が流れることで発熱する。そして、発熱部の温度が先に上昇してほぼ安定し、その後に第１，第２リードの温度も安定して、最終的にセラミックス体の温度分布が安定した状態になる。このとき、第１，第２リードの少なくとも一方の抵抗値が正常な値からずれた値になっていると、抵抗値が正常な場合と比べてそのリードの発熱量が異なる値になる。その結果、第１，第２リードの温度が共に安定するまでの時間も変化する。したがって、温度安定時間に基づいて、発熱部への電力供給用の第１，第２リードの少なくとも一方の抵抗値に異常があることを検出できる。

【0009】

本発明の異常検出方法において、前記安定時間測定ステップでは、下記式（１）で定義される分担率Ｓ［％］が安定するまでの時間を前記温度安定時間として測定してもよい。分担率Ｓは、式（１）からわかるように、ヒータ全体抵抗ＲＡに占める発熱部抵抗ＲＨの割合を表す値である。また、発熱部，第１リード，及び第２リードの各々の温度が変化すると各々の抵抗値も変化するから、分担率Ｓも変化する。発熱部への電力供給を開始すると、上述したように第１，第２リードよりも発熱部の温度が先に上昇するから、発熱部の抵抗値が先に上昇して分担率Ｓも急上昇する。その後、発熱部の温度すなわち発熱部抵抗がほぼ安定してからも第１リード及び第２リードの温度は上昇していくため、分担率Ｓは低下していき、第１リード及び第２リードの温度（抵抗値）が共に安定すると、分担率Ｓも一定の値で安定する。そのため、分担率Ｓが安定するまでの時間は、第１リード及び第２リードの温度が共に安定するまでの時間である温度安定時間とみなすことができる。

【0010】

Ｓ＝ＲＨ／ＲＡ×１００ （１）
ただし、
ＲＨは前記発熱部の抵抗値である発熱部抵抗［Ω］、
ＲＡは前記発熱部，前記第１リード，及び前記第２リードの抵抗値を含むヒータ全体抵抗［Ω］。

【0011】

本発明の異常検出方法において、前記異常検出ステップでは、前記測定された温度安定時間が所定の正常範囲から外れていた場合に、前記第１リード及び前記第２リードの抵抗値の少なくとも一方が異常であると判定してもよい。こうすれば、異常の有無を比較的容易に判定できる。

【0012】

本発明の異常検出方法において、前記セラミックス体は、長手方向を有し、前記第１リード及び前記第２リードは、長さ方向が前記長手方向に沿うように配設されており、前記安定時間測定ステップでは、前記セラミックス体を前記長手方向が鉛直方向に沿うように配置した状態で前記温度安定時間を測定してもよい。ここで、第１，第２リードの長さ方向が水平方向に沿うように配置した場合、セラミックス体の加熱によるセラミックス体周辺の雰囲気の対流が第１リードと第２リードとの温度に影響を与えてしまい、温度安定時間が正しく測定できない場合がある。例えば、第１リードと第２リードの抵抗値が共に正常であるにも関わらず、対流によって一方のリードが偏って加熱されることで、温度安定時間が長くなって異常と判定されてしまう場合が考えられる。逆に、抵抗値が小さく本来であれば昇温が遅いリードが対流によって偏って加熱されて、温度安定時間が長くならず異常と判定されない場合も考えられる。これに対し、第１，第２リードの長さ方向が鉛直方向に沿うようにセラミックス体を配置すると、第１，第２リードの一方が対流によって偏って加熱されることを抑制できるため、温度安定時間の測定精度が向上し、ひいては異常検出の精度が向上する。

【0013】

本発明の異常検出方法は、前記セラミックスヒータを備えた、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子に対して行ってもよい。また、本発明の異常検出方法は、前記センサ素子と該センサ素子を囲む筒状体とを備えたガスセンサに対して行ってもよい。

【0014】

ガスセンサに対して行う本発明の異常検出方法において、前記安定時間測定ステップでは、前記ガスセンサが伝熱材を有する治具に取り付けられて前記筒状体と前記伝熱材とが接触した状態で前記温度安定時間を測定してもよい。こうすれば、セラミックス体から筒状体を介して伝熱材にも熱が伝導するため、伝熱材の熱容量に起因して温度安定時間が長くなる。そのため、第１リード及び第２リードの抵抗値に異常がない場合と少なくとも一方の抵抗値に異常がある場合との温度安定時間の差も大きくなる。したがって、温度安定時間に基づいて異常を検出しやすくなる。伝熱材は、例えば金属であってもよい。また、前記安定時間測定ステップでは、前記筒状体が前記伝熱材に挿入されて該伝熱材と接触した状態で前記温度安定時間を測定してもよい。

【0015】

本発明のガスセンサの製造方法は、
前記セラミックスヒータを備えた、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子を作製する素子作製工程と、
前記センサ素子と該センサ素子を覆う筒状体とを備えたガスセンサを作製するセンサ作製工程と、
前記素子作製工程で作製され前記センサ作製工程が行われる前の前記センサ素子と、前記センサ作製工程で作製されたガスセンサと、の少なくともいずれかに対して、上述したいずれかの態様の異常検出方法を行う検査工程と、
を含むものである。

【0016】

この製造方法では、検査工程において上述した異常検出方法を行う。そのため、上述した本発明の異常検出方法と同様の効果、例えば発熱部への電力供給用の第１，第２リードの少なくとも一方の抵抗値に異常があることを検出できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ガスセンサ１０の縦断面図。

【図2】ガスセンサ１０が備えるセンサ素子２０の斜視図。

【図3】センサ素子２０の構成の一例を概略的に示した断面模式図。

【図4】発熱部７２と制御装置９０との電気的な接続関係を示す模式図。

【図5】センサ立て１９５の上面図。

【図6】図５のＡ－Ａ断面図。

【図7】異常検出処理の一例を示すフローチャート。

【図8】分担率Ｓ及び発熱部抵抗ＲＨの時間変化の一例を示すグラフ。

【図9】分担率Ｓの時間微分値の時間変化の一例を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0018】

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。まず、本発明の製造方法で製造するガスセンサの一例であるガスセンサ１０について説明する。図１は、ガスセンサ１０の縦断面図である。図２は、ガスセンサ１０が備えるセンサ素子２０の斜視図である。図３は、センサ素子２０の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図４は、センサ素子２０の発熱部７２と制御装置９０との電気的な接続関係を示す模式図である。なお、センサ素子２０は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子２０の長手方向（図３の左右方向）を前後方向とし、センサ素子２０の厚み方向（図３の上下方向）を上下方向とする。また、センサ素子２０の幅方向（前後方向及び上下方向に垂直な方向）を左右方向とする。

【0019】

図１に示すように、ガスセンサ１０は、センサ素子２０と、センサ素子２０の前端側を保護する保護カバー３０と、センサ素子２０と導通するコネクタ５０を含むセンサ組立体４０とを備えている。このガスセンサ１０は、図示するように例えば車両の排ガス管などの配管１９０に取り付けられて、被測定ガスとしての排気ガスに含まれるＮＯｘやＯ₂等の特定ガスの濃度を測定するために用いられる。本実施形態では、ガスセンサ１０は特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を測定するものとした。

【0020】

保護カバー３０は、センサ素子２０の前端を覆う有底筒状の内側保護カバー３１と、この内側保護カバー３１を覆う有底筒状の外側保護カバー３２とを備えている。内側保護カバー３１及び外側保護カバー３２には、被測定ガスを保護カバー３０内に流通させるための複数の孔が形成されている。内側保護カバー３１で囲まれた空間としてセンサ素子室３３が形成されており、センサ素子２０の前端はこのセンサ素子室３３内に配置されている。

【0021】

センサ組立体４０は、センサ素子２０を封入固定する素子封止体４１と、素子封止体４１に取り付けられたボルト４７，外筒４８と、センサ素子２０の後端の表面（上下面）に形成された図示しないコネクタ電極（後述する第１コネクタ電極７１ａのみ図３に図示した）に接触してこれらと電気的に接続されたコネクタ５０と、を備えている。

【0022】

素子封止体４１は、筒状の主体金具４２と、主体金具４２と同軸に溶接固定された筒状の内筒４３と、主体金具４２及び内筒４３の内側の貫通孔内に封入されたセラミックスサポーター４４ａ～４４ｃ，圧粉体４５ａ，４５ｂ，メタルリング４６と、を備えている。センサ素子２０は素子封止体４１の中心軸上に位置しており、素子封止体４１を前後方向に貫通している。内筒４３には、圧粉体４５ｂを内筒４３の中心軸方向に押圧するための縮径部４３ａと、メタルリング４６を介してセラミックスサポーター４４ａ～４４ｃ，圧粉体４５ａ，４５ｂを前方に押圧するための縮径部４３ｂとが形成されている。縮径部４３ａ，４３ｂからの押圧力により、圧粉体４５ａ，４５ｂが主体金具４２及び内筒４３とセンサ素子２０との間で圧縮されることで、圧粉体４５ａ，４５ｂが保護カバー３０内のセンサ素子室３３と外筒４８内の空間４９との間を封止すると共に、センサ素子２０を固定している。

【0023】

ボルト４７は、主体金具４２を囲むように主体金具４２と同軸に固定された筒状の部材であり、外周面に雄ネジ部が形成されている。ボルト４７の雄ネジ部は、配管１９０に溶接され内周面に雌ネジ部が設けられた固定用部材１９１内に挿入できるように構成されている。これにより、ガスセンサ１０のうちセンサ素子２０の前端や保護カバー３０の部分が配管１９０内に突出した状態で、ガスセンサ１０を配管１９０に固定することができる。

【0024】

外筒４８は、内筒４３，センサ素子２０，コネクタ５０の周囲を覆っており、コネクタ５０に接続された複数のリード線５５が後端から外部に引き出されている。この複数のリード線５５は、コネクタ５０を介してセンサ素子２０の各電極（後述）と導通している。外筒４８とリード線５５との隙間はゴム栓５７によって封止されている。外筒４８内の空間４９は基準ガス（本実施形態では大気）で満たされている。センサ素子２０の後端はこの空間４９内に配置されている。

【0025】

センサ素子２０は、素子本体２０ａと、多孔質保護層２０ｂと、ヒータ部７０（図３，図４参照）と、を備えている。

【0026】

素子本体２０ａは、セラミックスの層を積層した積層体であり、長尺な直方体形状をしている。本実施形態では、図３に示すように、素子本体２０ａはジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオン伝導性の固体電解質層を６層積層した積層体として構成されている。

【0027】

素子本体２０ａは、被測定ガス導入口２１と、基準ガス導入口２２と、検出部２３と、接着層２９と、を有している。被測定ガス導入口２１は、素子本体２０ａの前端面に開口して被測定ガスを素子本体２０ａの内部に導入する。基準ガス導入口２２は、素子本体２０ａの後端面に開口して特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガス（ここでは大気）を素子本体２０ａの内部に導入する。検出部２３は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。検出部２３は、少なくとも１つの電極を備えており、素子本体２０ａの上面に配設された外側電極２４と、素子本体２０ａの内部に配設された内側主ポンプ電極２５，内側補助ポンプ電極２６，測定電極２７，及び基準電極２８とを備えている。内側主ポンプ電極２５及び内側補助ポンプ電極２６は、素子本体２０ａの内部の空間の内周面に配設されており、トンネル状の構造を有していてもよい。

【0028】

検出部２３が特定ガス濃度を検出する原理は周知であり例えば上述した特許文献１にも記載されている。例えば、ＮＯｘ濃度を検出する場合、被測定ガス導入口２１から導入された被測定ガスは、まず、内側主ポンプ電極２５及び外側電極２４を備えるポンプセルと、内側補助ポンプ電極２６及び外側電極２４を備えるポンプセルと、によって酸素が汲み出されて酸素分圧が実質ゼロになる。続いて、測定電極２７の周囲で被測定ガス中のＮＯｘが還元されて酸素が発生する。そして、測定電極２７と基準電極２８との間の起電力が一定になるように測定電極２７と外側電極２４との間の電圧をフィードバック制御し、発生した酸素を測定電極２７及び外側電極２４を備えるポンプセルが汲み出すことによって流れるポンプ電流に基づいて、ＮＯｘ濃度を検出する。また、発生した酸素に基づいて生じる測定電極２７と基準電極２８との間の起電力に基づいてＮＯｘ濃度を検出することもできる。なお、ガスセンサ１０を使用して特定ガス濃度を検出する際には、リード線５５を介してガスセンサ１０に制御装置（例えば図４に示す制御装置９０）を接続し、この制御装置が検出部２３の各ポンプセルを制御して、各ポンプセルを上記のように動作させる。

【0029】

多孔質保護層２０ｂは、素子本体２０ａのうち特に検出部２３周辺を被覆して、その部分を保護する。多孔質保護層２０ｂは、例えば被測定ガス中の水分等が付着して素子本体２０ａにクラックが生じるのを抑制する役割を果たす。多孔質保護層２０ｂは、例えばアルミナ、ジルコニア、スピネル、コージェライト，チタニア、マグネシアなどのセラミックスからなる多孔質体である。本実施形態では、多孔質保護層２０ｂはアルミナのセラミックスとした。

【0030】

ヒータ部７０は、素子本体２０ａの固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、素子本体２０ａを加熱して保温する温度調整の役割を担う。ヒータ部７０は、図３，図４に示すように、素子本体２０ａの一部である下から１～３番目に位置する固体電解質層（セラミックス体の一例）と、コネクタ電極７１と、発熱部７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、第１～第３リード７７ａ～７７ｃと、を備えている。図４に示す発熱部７２及び第１～第３リード７７ａ～７７ｃの形状は、センサ素子２０を上から見たときの概略形状である。コネクタ電極７１は、素子本体２０ａの下面の後端側に配設されている。発熱部７２は、素子本体２０ａの内部に配設された電気抵抗体であり、セラミックスの層（本実施形態では上述した固体電解質層）に上下から挟まれている。発熱部７２は、コネクタ電極７１を通して外部から給電されることにより発熱する。発熱部７２は、図４に示すような蛇行した形状をしており、上面視で検出部２３の各電極が存在する領域の全域に渡って埋設されている。発熱部７２は、素子本体２０ａを構成する固体電解質層のうち特に検出部２３の各電極が存在する領域の固体電解質が活性化する温度（例えば８００℃）になるように、素子本体２０ａの温度を調整することが可能となっている。ヒータ絶縁層７４は、発熱部７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、固体電解質層と発熱部７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。第１～第３リード７７ａ～７７ｃは、長さ方向が互いに平行になるように配置されている。第１～第３リード７７ａ～７７ｃは、いずれも、長さ方向が素子本体２０ａの長手方向（前後方向）に沿うように配設されている。また、第１リード７７ａは素子本体２０ａ内部のうち右側に配置され、第２リード７７ｂは素子本体２０ａの内部のうち左側に配置されている。第３リード７７ｃは、左右方向で第１，第２リード７７ａ，７７ｂの間に配置されている。第１，第２リード７７ａ，７７ｂは、発熱部７２への電力供給用のリードである。第３リード７７ｃは、電圧測定用のリードである。第１，第２リード７７ａ，７７ｂは、互いに左右対称になるようにセンサ素子２０内に配設されている。また、第１，第２リード７７ａ，７７ｂは、互いの抵抗値がなるべく等しくなるように形成されている。例えば第１，第２リード７７ａ，７７ｂは、両者の材質が同じで、長さ，幅及び厚みも互いに同じになるように形成されている。

【0031】

コネクタ電極７１は、素子本体２０ａの下面の後端側に配設された第１～第３コネクタ電極７１ａ～７１ｃを備えている。図３では第１コネクタ電極７１ａのみ示しているが、実際には素子本体２０ａの下面に、例えば左右に並べて第１～第３コネクタ電極７１ａ～７１ｃが配設されている。コネクタ電極７１は、センサ素子２０と外部とを電気的に導通するための端子として機能する。図４に示すように、発熱部７２の一端である第１端７２ａは、第１リード７７ａに接続されており、第１リード７７ａを介して第１コネクタ電極７１ａと接続されている。発熱部７２の他端である第２端７２ｂは、第２リード７７ｂに接続されており、第２リード７７ｂを介して第２コネクタ電極７１ｂと接続されている。また、第２端７２ｂは、第３リード７７ｃとも接続され、第３リード７７ｃを介して第３コネクタ電極７１ｃと接続されている。そのため、第３リード７７ｃは、第２リード７７ｂと並列に第２端７２ｂに接続されている。図４では模式的に図示しているため図示を省略しているが、第１リード７７ａは図３のスルーホール７３内の導体を介して素子本体２０ａの下面の第１コネクタ電極７１ａと接続されている。第２リード７７ｂについても、素子本体２０ａ内部に配設された図示しないスルーホール内の導体又は素子本体２０ａの側面に配設された導体などを介して、第２コネクタ電極７１ｂと接続されている。第３リード７７ｃと第３コネクタ電極７１ｃとの接続についても同様である。

【0032】

ヒータ部７０は、検出部２３と同様に、リード線５５を介してガスセンサ１０に接続される上述した制御装置（例えば図４に示す制御装置９０）によって制御される。

【0033】

なお、図示は省略するが、検出部２３が有する上述した各電極についても、素子本体２０ａ内部に設けられたリード及びコネクタ電極を介して、センサ素子２０の外部と電気的に接続できるようになっている。

【0034】

次に、こうしたガスセンサ１０の製造方法について説明する。本実施形態のガスセンサ１０の製造方法は、
ヒータ部７０を備えた、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子２０を作製する素子作製工程と、
センサ素子２０とセンサ素子２０を覆う筒状体とを備えたガスセンサ１０を作製するセンサ作製工程と、
素子作製工程で作製されセンサ作製工程が行われる前のセンサ素子２０と、センサ作製工程で作製されたガスセンサ１０と、の少なくともいずれかに対して、ヒータ部７０の第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの抵抗値の異常を検出する異常検出方法を行う検査工程と、
を含む。

【0035】

素子作製工程では、まず、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む未焼成のセラミックスグリーンシートを複数（ここでは６枚）用意する。各グリーンシートには、必要に応じて切欠や貫通孔や溝などを打ち抜き処理などによって設けたり、各電極２４～２８，発熱部７２，第１～第３リード７７ａ～７７ｃ，コネクタ電極７１などをスクリーン印刷したりする。スルーホール７３への導電材料の充填は、例えば公知のスルーホール印刷によって行うことができる。このような各グリーンシートへの印刷を行った後、複数のグリーンシートを積層及び接着する。こうして得られた積層体は、未焼成の素子本体２０ａを複数個包含したものである。その積層体を切断して素子本体２０ａの大きさに切り分ける。そして、切り分けた複数の未焼成の素子本体２０ａを所定の焼成温度で焼成する。これにより、検出部２３及びヒータ部７０などを備えた素子本体２０ａを得る。続いて、プラズマ溶射により素子本体２０ａの外側に多孔質保護層２０ｂを形成して、センサ素子２０を得る。多孔質保護層２０ｂは、プラズマ溶射に限らず、スクリーン印刷、ゲルキャスト法，ディッピングなどを用いて形成してもよい。

【0036】

センサ作製工程では、まず、素子作成工程で作製されたセンサ素子２０に素子封止体４１を取り付けてセンサ素子２０を封止固定する。次に、コネクタ５０及びリード線５５を接続する。続いて、素子封止体４１にボルト４７及び保護カバー３０を取り付ける。また、素子封止体４１に外筒４８を取り付けると共に、リード線５５を外筒４８の外部に引き出す。そして、ゴム栓５７を外筒４８に取り付ける。これにより、ガスセンサ１０が得られる。

【0037】

次に、検査工程について説明する。本実施形態では、検査工程は、センサ作製工程で作製されたガスセンサ１０に対して行う。検査工程は、
第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂを介して発熱部７２に電力を供給して発熱部７２を発熱させたときの、第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの温度が安定するまでの時間である温度安定時間を測定する安定時間測定ステップと、
測定された温度安定時間に基づいて第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの少なくとも一方の抵抗値の異常を検出する異常検出ステップと、
を含む。

【0038】

安定時間測定ステップは、本実施形態では、図５及び図６に示すセンサ立て１９５にガスセンサ１０を取り付け、さらに図４に示すようにヒータ部７０と制御装置９０とを接続した状態で行う。また、安定時間測定ステップは、例えば常温（２５℃）及び大気雰囲気下で行う。センサ立て１９５は、ガスセンサ１０を固定するための治具であり、４本の支柱１９６と、支柱１９６により支持されると共に上下に間隔を空けて配置されたプレート１９７及びプレート１９８と、を備えている。プレート１９７には、プレート１９７を貫通する複数（本実施形態では３６個）の挿入孔１９７ａが形成されている。プレート１９８にも同様にプレート１９８を貫通する複数（本実施形態では３６個）の挿入孔１９８ａが形成されている。複数の挿入孔１９７ａと複数の挿入孔１９８ａとは１対１に対応しており、対応する挿入孔１９７ａと挿入孔１９８ａとは同軸に位置している。プレート１９７，１９８は、ガスセンサ１０の熱をプレート１９７，１９８自身に伝導させる伝熱材としての役割も果たす。プレート１９７，１９８は、例えば金属などの熱容量が大きい材質であることが好ましい。本実施形態では、プレート１９７，１９８の材質はステンレス鋼とした。また、本実施形態では支柱１９６もプレート１９７，１９８と同じ材質で構成されており、支柱１９６も伝熱材としての役割を果たす。

【0039】

図６には、センサ立て１９５に取り付けられた状態のガスセンサ１０も示している。安定時間測定ステップを行う際には、図６に示すように、ガスセンサ１０を挿入孔１９７ａ，１９７ｂ内に挿入して、ガスセンサ１０とプレート１９７，１９８とが接触した状態にする。本実施形態では、ガスセンサ１０のボルト４７の外周面が挿入孔１９７ａの内周面に接触し、外側保護カバー３２の外周面が挿入孔１９８ａの内周面に接触するように、ガスセンサ１０をセンサ立て１９５に取り付ける。また、このようにガスセンサ１０をセンサ立て１９５に取り付けることで、ガスセンサ１０及びセンサ素子２０の長手方向が鉛直方向に沿うように、ガスセンサ１０が配置される。これにより、第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂも、長さ方向が鉛直方向に沿うように配置されることになる。

【0040】

制御装置９０は、図４に示すように、ヒータ電源８５と、ヒータ電流取得部８６と、第１ヒータ電圧取得部８７と、第２ヒータ電圧取得部８８と、制御部９１と、を備えている。

【0041】

ヒータ電源８５は、第１コネクタ電極７１ａ及び第２コネクタ電極７１ｂと導通するように接続される。これにより、ヒータ電源８５は第１，第２コネクタ電極７１ａ，７１ｂ間に電圧を印加して発熱部７２に電力を供給する。ヒータ電流取得部８６は、第２コネクタ電極７１ｂとヒータ電源８５との間に接続されており、発熱部７２に供給される電力によって流れるヒータ電流Ｉｈを取得する。

【0042】

第１ヒータ電圧取得部８７は、第１コネクタ電極７１ａ及び第２コネクタ電極７１ｂと導通するように接続されて、第１，第２コネクタ電極７１ａ，７１ｂ間の電圧である電圧Ｖｈを取得する。電圧Ｖｈは、発熱部７２，第１コネクタ電極７１ａ，及び第２コネクタ電極７１ｂの電圧降下の和に相当する電圧である。第２ヒータ電圧取得部８８は、第２コネクタ電極７１ｂ及び第３コネクタ電極７１ｃと導通するように接続されて、第２，第３コネクタ電極７１ｂ，７１ｃ間の電圧である電圧Ｖｔを取得する。第３リード７７ｃにはヒータ電流Ｉｈが流れないため、電圧Ｖｔは、第２リード７７ｂの電圧降下分に相当する電圧である。

【0043】

制御部９１は、ＣＰＵ９２，図示しないＲＡＭ，及び記憶部９４などを備えたマイクロプロセッサである。記憶部９４は、例えばＲＯＭなどの不揮発性メモリであり、例えば各種プログラム及び各種データを記憶する装置である。制御部９１は、ヒータ電流取得部８６が取得したヒータ電流Ｉｈ，第１ヒータ電圧取得部８７が取得した電圧Ｖｈ，及び第２ヒータ電圧取得部８８が取得した電圧Ｖｔを入力する。制御部９１は、ヒータ電源８５に制御信号を出力することでヒータ電源８５が発熱部７２に供給する電力を制御する。

【0044】

こうしたセンサ立て１９５及び制御装置９０を用いて検査工程を行う様子について説明する。図７は、検査工程で制御装置９０が実行する異常検出処理の一例を示すフローチャートである。

【0045】

異常検出処理を開始すると、制御部９１のＣＰＵ９２は、まず、ヒータ電源８５を制御して発熱部７２への電力供給を開始する（ステップＳ１００）。これにより、発熱部７２の発熱が開始される。次に、ＣＰＵ９２は、ヒータ電流取得部８６，第１ヒータ電圧取得部８７，及び第２ヒータ電圧取得部８８が取得したヒータ電流Ｉｈ，電圧Ｖｈ，及び電圧Ｖｔを取得し（ステップＳ１１０）、取得した値に基づいて分担率Ｓ［％］を導出する（ステップＳ１２０）。そして、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１１０，Ｓ１２０を、発熱部７２への電力供給の開始から所定時間が経過するまで（ステップＳ１３０）、繰り返し実行する。例えば、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１１０，Ｓ１２０の実行を、数百μｓｅｃ～数ｍｓｅｃの所定の時間間隔で繰り返し実行する。所定時間は、後述する温度安定時間よりも長い時間となるように予め定められており、例えば３０分～１時間程度としてもよい。

【0046】

ここで、分担率Ｓは、下記式（１）で定義される値である。式（１）からわかるように、分担率は、ヒータ全体抵抗に占める発熱部の抵抗値の割合を表す値である。

【0047】

Ｓ＝ＲＨ／ＲＡ×１００ （１）
ただし、
ＲＨは発熱部７２の抵抗値である発熱部抵抗［Ω］、
ＲＡは発熱部７２，第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの抵抗値を含むヒータ全体抵抗［Ω］。

【0048】

ＣＰＵ９２は、分担率Ｓを導出するにあたり、発熱部抵抗ＲＨを３端子法を用いて算出する。具体的には、ＣＰＵ９２は、下記式（２）の関係式を用いて発熱部抵抗ＲＨを算出する。すなわち、ＣＰＵ９２は、第１リード７７ａの抵抗値である第１リード抵抗ＲＬａと第２リード７７ｂの抵抗値である第２リード抵抗ＲＬｂとが同じであるとみなして（ＲＬａ＋ＲＬｂ＝ＲＬｂ×２が成り立つとみなして）、ヒータ全体抵抗ＲＡと第２リード抵抗ＲＬｂとに基づいて発熱部抵抗ＲＨを算出する。ヒータ全体抵抗ＲＡ及び第２リード抵抗ＲＬｂの値は、ステップＳ１１０で取得したヒータ電流Ｉｈ，電圧Ｖｈ，及び電圧Ｖｔに基づいて、オームの法則に基づく下記式（３），（４）から算出できる。なお、ヒータ全体抵抗ＲＡは、基本的には発熱部７２，第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの合成抵抗値、すなわちＲＨ＋ＲＬａ＋ＲＬｂに等しい。

【0049】

ＲＨ＝ＲＡ－ＲＬｂ×２ （２）
ＲＡ＝Ｖｈ／Ｉｈ （３）
ＲＬｂ＝Ｖｔ／Ｉｈ （４）

【0050】

なお、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１２０で式（１）～（４）に基づいて分担率Ｓを導出すると、導出した分担率Ｓの値に、直前のステップＳ１１０を実行した時刻、すなわち分担率Ｓの導出に用いたヒータ電流Ｉｈ，電圧Ｖｈ，及び電圧Ｖｔを取得した時刻を対応づけて、記憶部９４に記憶する。したがって、ＣＰＵ９２が、所定時間が経過するまでステップＳ１１０，Ｓ１２０を繰り返し実行することで、分担率Ｓの時間変化を表すデータが記憶部９４に記憶される。

【0051】

ステップＳ１３０で所定時間が経過したと判定すると、ＣＰＵ９２は、ヒータ電源８５を制御して発熱部７２への電力供給を終了する（ステップＳ１４０）。そして、ＣＰＵ９２は、記憶部９４に記憶された分担率Ｓの時間変化のデータを用いて、分担率Ｓ［％］が安定するまでの時間を算出し、算出した時間を温度安定時間Ｔとする（ステップＳ１５０）。温度安定時間Ｔは、第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの温度が共に安定するまでの時間である。本実施形態では、温度安定時間Ｔの算出の起点は、ステップＳ１００で発熱部７２への電力供給を開始した時刻とした。

【0052】

図８は、分担率Ｓ及び発熱部抵抗ＲＨの時間変化の一例を示すグラフである。図９は、分担率Ｓの時間微分値の時間変化の一例を示すグラフである。図８，９の時刻０は、ステップＳ１００で発熱部７２への電力供給を開始した時刻である。ここで、発熱部７２に電力を供給すると、発熱部７２が発熱するが、第１，第２リード７７ａ，７７ｂも電流Ｉｈが流れることで発熱する。ただし、発熱部抵抗ＲＨは第１リード抵抗ＲＬａ及び第２リード抵抗ＲＬｂよりも大きいため、発熱部７２の発熱量は第１，第２リード７７ａ，７７ｂよりも大きい。そのため、発熱部７２に電極供給が開始されると、発熱部７２の温度が先に上昇してほぼ安定し、その後に第１，第２リード７７ａ，７７ｂの温度も安定して、最終的にセンサ素子２０の温度分布が安定した状態になる。また、発熱部７２，第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの各々の温度が変化すると各々の抵抗値も変化する。そのため、発熱部７２に電力供給が開始されると、第１リード抵抗ＲＬａ及び第２リード抵抗ＲＬｂよりも発熱部抵抗ＲＨが先に上昇し、結果として分担率Ｓの値も急上昇する（図８の時刻０から時刻ｔ０の期間を参照）。その後、発熱部７２の温度すなわち発熱部抵抗ＲＨがほぼ安定してからも第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの温度は上昇していくため、発熱部抵抗ＲＨが安定してからもヒータ全体抵抗ＲＡは上昇していく。その結果、図８の時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間に示すように分担率Ｓの値は低下していき、第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの温度（抵抗値）が共に安定すると（時刻ｔ１）、分担率Ｓも一定の値で安定する。そのため、分担率Ｓが安定するまでの時間（図８では時間ｔ１）は、第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの温度が共に安定するまでの時間である温度安定時間Ｔとみなすことができる。

【0053】

ＣＰＵ９２は、温度安定時間Ｔを算出するにあたり、分担率Ｓが安定した時刻（図８では時刻ｔ１）を、例えば以下のようにして決定する。まず、ＣＰＵ９２は、分担率Ｓの時間変化のデータに基づいて分担率Ｓの時間微分を導出して、図９に示すような分担率Ｓの時間微分の時間変化のデータを作成する。図９に示すように、分担率Ｓの時間微分の値は、発熱部抵抗ＲＨが安定する時刻ｔ０で負のピーク値となり、そこから上昇して値０に近づいていく。そこで、ＣＰＵ９２は、分担率Ｓの時間微分の時間変化のデータに基づいて、分担率Ｓの時間微分の値が負のピークを過ぎて上昇し始めてから、初めて値０とみなせる下限値以上になった時刻を求めて、この時刻に基づいて温度安定時間Ｔを算出する。下限値は、実験により予め定めておけばよい。本実施形態では、下限値は－０．００２とした。また、ＣＰＵ９２が分担率Ｓの時間変化のデータに対して移動平均（例えば分担率Ｓの２０点の値の移動平均）を算出して、分担率Ｓの移動平均の時間微分の時間変化のデータに基づいて分担率Ｓが安定した時刻を求めることが好ましい。こうすれば、分担率Ｓのわずかな誤差や乱れなどの影響をなくして、精度良く温度安定時間Ｔを算出できる。なお、分担率Ｓが安定した時刻を測定できればよく、分担率Ｓの時間微分を用いない方法で温度安定時間Ｔを算出してもよい。

【0054】

ここで、第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの抵抗値は基本的に同じ値になるように設計されている。しかし、例えば製造時のスクリーン印刷の膜厚のばらつきや印刷の不良などに起因して、第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの少なくともいずれかの抵抗値が、正常な値（製造時の設計値）からずれる異常が生じる場合がある。この場合、抵抗値が正常な値からずれたリードは、抵抗値が正常な場合と比べて発熱量が異なる値になる。その結果、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの温度が共に安定するまでの時間も変化する。例えば、第１リード抵抗ＲＬａが正常な値よりも大きく第２リード抵抗ＲＬｂが正常な値であった場合、第２リード７７ｂよりも第１リード７７ａの方が発熱量が大きくなるため、第１リード７７ａの温度が第２リード７７ｂよりも上昇しやすくなる。その結果、センサ素子２０のうち第１リード７７ａが存在する右側の領域の温度が上昇しやすくなるなど、センサ素子２０の温度分布が左右非対称になる。その結果、最終的に第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの温度が共に安定するまでの時間が、正常な場合と比較して長くなり、分担率Ｓが安定するまでの時間も長くなる。すなわち温度安定時間Ｔが長くなる。なお、第１リード抵抗ＲＬａと第２リード抵抗ＲＬｂとに差があれば、センサ素子２０の左右の温度分布が左右非対称になって第１，第２リード７７ａ，７７ｂの温度が共に安定するまでの時間が長くなるから、温度安定時間Ｔは長くなる。したがって、例えば上述した例とは逆に第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂの一方のみが正常な値より小さい場合であっても、温度安定時間Ｔは長くなる。このように、温度安定時間Ｔに基づいて、第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂの少なくとも一方に異常があることを検出できる。

【0055】

図７の異常検出処理の説明に戻る。ステップＳ１５０で温度安定時間Ｔを算出すると、ＣＰＵ９２は、導出した温度安定時間Ｔが所定の正常範囲から外れたか否かを判定する（ステップＳ１６０）。正常範囲は、例えば第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂについて正常な値から許容できるずれ量（例えば正常値の±１０％以内など）に基づいて、予め実験により定めておく。本実施形態では、温度安定時間Ｔが所定の上限値Ｔｒｅｆ１以下である範囲を正常範囲とした。そのため、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１６０において、温度安定時間Ｔが上限値Ｔｒｅｆ１以下であるか否かを判定する。そして、温度安定時間Ｔが上限値Ｔｒｅｆ１以下であれば、ＣＰＵ９２は、第１リード抵抗ＲＬａ及び第２リード抵抗ＲＬｂは共に正常と判定して（ステップＳ１７０）、異常検出処理を終了する。一方、温度安定時間Ｔが上限値Ｔｒｅｆ１を超えていた場合は、ＣＰＵ９２は、第１リード抵抗ＲＬａ及び第２リード抵抗ＲＬｂの少なくとも一方に異常があると判定して（ステップＳ１８０）、異常検出処理を終了する。ＣＰＵ９２は、異常判定の結果を記憶部９４に記憶したり、図示しないディスプレイに表示して作業者に報知したりしてもよい。こうして検査工程が終了すると、異常と判定されたガスセンサ１０については作業者が異常の原因を調べたり廃棄したりする。また、正常と判定されたガスセンサ１０は正常な製品として扱われ、ガスセンサ１０の製造が完了する。正常と判定されたガスセンサ１０についてさらに別の検査を行ってもよい。

【0056】

ここで、ステップＳ１００～Ｓ１４０の間にＣＰＵ９２が行う発熱部７２への電力供給の方法、すなわちヒータ部７０の制御方法について説明する。ＣＰＵ９２は、最終的に発熱部７２，第１リード７７ａ，及び第２リード７７ｂの温度が安定するような、すなわち分担率Ｓが安定するようにヒータ部７０を制御すればよいが、例えばガスセンサ１０を使用して被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定する際と同じようにヒータ部７０を制御することが好ましい。本実施形態では、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１００～Ｓ１４０の間、上述した式（２）～（４）の関係を用いて３端子法により発熱部抵抗ＲＨを導出し、発熱部抵抗ＲＨが目標抵抗値になるようにヒータ電源８５が出力する電力をフィードバック制御する。目標抵抗値は、例えば上述した固体電解質が活性化する温度（例えば８００℃）に素子本体２０ａを加熱するために必要な発熱部７２の目標温度に対応する発熱部抵抗ＲＨの値として定められている。ＣＰＵ９２は、現在の発熱部抵抗ＲＨを発熱部７２の冷抵抗（２５℃時の抵抗値）で除した値であるヒータ倍数を導出して、ヒータ倍数が目標倍数（目標抵抗値を冷抵抗で除した値）になるように、ヒータ電源８５が出力する電力をフィードバック制御してもよい。ヒータ電源８５は、発熱部７２に印加する電圧の値を変化させることで電力を変化させてもよいし、一定の電圧を通電する時間を変化させる（デューティ制御）ことによって電力を変化させてもよい。また、ＣＰＵ９２がヒータ電源８５を制御するにあたり、電力供給開始から所定時間の間はヒータ電源８５の出力が所定の上限値を超えないように制限を設けて、大きすぎるヒータ電流Ｉｈが流れないようにしてもよい。

【0057】

ここで、上述した通り、３端子法では第１リード抵抗ＲＬａが第２リード抵抗ＲＬｂと同じであるとみなして式（２）を用いて発熱部抵抗ＲＨを算出するから、第１リード抵抗ＲＬａと第２リード抵抗ＲＬｂとの値が異なっていると、算出される発熱部抵抗ＲＨに誤差が生じる。この誤差が大きいと、ガスセンサ１０の使用時に上述したフィードバック制御でヒータ部７０に電力が供給される場合に、発熱部７２を目標温度に制御することができなくなる。発熱部７２の温度が目標温度と異なる温度に制御されると、固体電解質の抵抗値が変化して検出部２３のポンプセルを流れる電流も変化してしまい、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下する場合がある。また、発熱部７２の温度が目標温度より高い温度に制御されると、発熱部７２の寿命が短くなる場合もある。本実施形態では、上述した検査工程を行うことで、そのような不具合が生じやすいガスセンサ１０を異常のあるガスセンサ１０として検出できる。なお、異常検出処理中にＣＰＵ９２が行うフィードバック制御においても、第１リード抵抗ＲＬａと第２リード抵抗ＲＬｂとの値が異なっている場合には発熱部７２を目標温度に制御することができない場合があるが、温度安定時間Ｔの長短にはあまり影響しないため、異常を検出することはできる。

【0058】

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のヒータ部７０が本発明のセラミックスヒータに相当し、素子本体２０ａ（特に、下から１～３番目の固体電解質層）がセラミックス体に相当し、発熱部７２が発熱部に相当し、第１リード７７ａが第１リードに相当し、第２リード７７ｂが第２リードに相当し、第３リード７７ｃが第３リードに相当し、図７の温度検出処理のステップＳ１００～Ｓ１５０が安定時間測定ステップに相当し、ステップＳ１６０～Ｓ１８０が異常検出ステップに相当する。また、センサ立て１９５（特にプレート１９７，１９８）が伝熱材に相当し、センサ立て１９５が治具に相当し、ボルト４７及び外側保護カバー３２が筒状体に相当する。

【0059】

以上詳述した本実施形態の異常検出方法によれば、第１リード７７ａ及び第２リード７７ｂの温度が共に安定するまでの時間である温度安定時間Ｔを測定することで、温度安定時間Ｔに基づいて第１，第２リード７７ａ，７７ｂの少なくとも一方の抵抗値に異常があることを検出できる。

【0060】

また、上記式（１）で定義される分担率Ｓが安定するまでの時間を温度安定時間Ｔとして測定する。分担率Ｓが安定するまでの時間は、温度安定時間Ｔとみなすことができるから、分担率Ｓに基づいて第１，第２リード７７ａ，７７ｂの少なくとも一方の抵抗値に異常があることを検出できる。これにより、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの温度を直接測定できない場合でも、温度安定時間を導出できる。

【0061】

さらに、測定された温度安定時間Ｔが所定の正常範囲から外れていた場合に、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの少なくとも一方の抵抗値が異常であると判定するから、異常の有無を比較的容易に判定できる。

【0062】

さらにまた、第１，第２リード７７ａ，７７ｂは、長さ方向が素子本体２０ａの長手方向に沿うように配設されており、安定時間測定ステップでは、素子本体２０ａを長手方向が鉛直方向に沿うように配置した状態で温度安定時間Ｔを測定する。ここで、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの長さ方向が例えば水平方向に沿うように配置した場合、素子本体２０ａの加熱による素子本体２０ａ周辺の雰囲気（ここではガスセンサ１０の周辺の雰囲気も含む）の対流が第１，第２リード７７ａ，７７ｂの温度に影響を与えてしまい、温度安定時間Ｔが正しく測定できない場合がある。例えば、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの抵抗値が共に正常であるにも関わらず、対流によって一方のリードが偏って加熱されることで、温度安定時間Ｔが長くなって異常と判定されてしまう場合が考えられる。逆に、第１，第２リード７７ａ，７７ｂのうち抵抗値が小さく本来であれば昇温が遅いリードが対流によって偏って加熱されて、温度安定時間Ｔが長くならず異常と判定されない場合も考えられる。これに対し、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの長さ方向が鉛直方向に沿うように素子本体２０ａを配置すると、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの一方が対流によって偏って加熱されることを抑制できるため、温度安定時間Ｔの測定精度が向上し、ひいては異常検出の精度が向上する。

【0063】

そして、安定時間測定ステップでは、ガスセンサ１０が伝熱材としてのプレート１９７，１９８を有するセンサ立て１９５に取り付けられて、ガスセンサ１０の筒状体（ここではボルト４７及び外側保護カバー３２）とプレート１９７，１９８とが接触した状態で温度安定時間Ｔを測定する。こうすれば、素子本体２０ａからボルト４７及び外側保護カバー３２を介してプレート１９７，１９８にも熱が伝導するため、プレート１９７，１９８の熱容量に起因して温度安定時間Ｔが長くなる。そのため、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの抵抗値に異常がない場合と少なくとも一方の抵抗値に異常がある場合との温度安定時間Ｔの差も大きくなる。したがって、温度安定時間Ｔに基づいて異常を検出しやすくなる。

【0064】

なお、本発明は上述した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態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0065】

例えば、上述した実施形態では、温度安定時間Ｔの算出の起点は、ステップＳ１００で発熱部７２への電力供給を開始した時刻としたが、これに限らず予め起点が定められていればよい。例えば、分担率Ｓがピーク値になった時刻（図８に示す時刻ｔ０）を起点として温度安定時間Ｔを算出してもよい。

【0066】

上述した実施形態では、ＣＰＵ９２は、発熱部７２への電力供給中にステップＳ１２０の分担率Ｓの導出を行ったが、これに限らず発熱部７２への電力供給を終了してから行ってもよい。あるいは、ＣＰＵ９２は、発熱部７２への電力供給中に分担率Ｓが安定したか否かも判定して、分担率Ｓが安定したと判定した場合に温度安定時間Ｔを算出して発熱部７２への電力供給を終了してもよい。

【0067】

上述した実施形態では、ＣＰＵ９２は、異常検出処理において、発熱部抵抗ＲＨが目標抵抗値になるようにヒータ電源８５が出力する電力をフィードバック制御したが、これに限られない。例えば、ヒータ電源８５の出力の時間変化（出力パターン）が予め決められていてもよいし、ヒータ電源８５の出力を一定にしてもよい。

【0068】

上述した実施形態では、図７の異常検出処理を制御装置９０が自動的に行ったが、異常検出処理の少なくも一部を人間が行ってもよい。

【0069】

上述した実施形態では、センサ立て１９５にガスセンサ１０を取り付けた状態で異常検出処理を行ったが、これに限られない。例えば、ガスセンサ１０をプレート１９７，１９８の孔１９７ａ，１９８ａに挿入する場合に限らず、ガスセンサ１０の一部を伝熱材に接触させればよい。また、上述した実施形態ではボルト４７及び外側保護カバー３２がセンサ立て１９５に接触したが、これに限らずガスセンサ１０の熱が伝導できるようにガスセンサ１０の一部を接触させればよい。例えば、主体金具４２又は外筒４８を伝熱材に接触させてもよい。伝熱材に接触させる筒状体の熱伝導率が高い方が、伝熱材に熱が伝わりやすく温度安定時間Ｔを長くできるため、好ましい。上述した実施形態で説明したボルト４７，外側保護カバー３２，主体金具４２，及び外筒４８はいずれも金属（例えばステンレス鋼）であり熱伝導率が比較的高いため、伝熱材に接触させる筒状体に適している。また、ガスセンサ１０に伝熱材を接触させない状態で異常検出処理を行ってもよい。

【0070】

上述した実施形態では、素子本体２０ａを長手方向が鉛直方向に沿うように配置した状態で温度安定時間Ｔを測定したが、特にこれに限られない。

【0071】

上述した実施形態では説明しなかったが、第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂの値が同じであるが両方とも正常値より小さいという異常が生じている場合は、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの発熱量が共に低下することで温度安定時間Ｔは長くなる。そのため、このような異常が生じている場合も、上述した実施形態と同様に温度安定時間Ｔが所定の上限値Ｔｒｅｆ１以下であるか否かによって、異常が生じていることを検出できる。一方、第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂの値が同じであるが両方とも正常値より大きいという異常が生じている場合は、第１，第２リード７７ａ，７７ｂの発熱量が共に増加し且つ両者の発熱量にばらつきがないので、温度安定時間Ｔは短くなる。このような異常が生じている場合も検出したい場合には、温度安定時間Ｔが正常範囲の所定の下限値Ｔｒｅｆ２以上であるかを判定して、否定判定であれば異常が生じていると判定すればよい。このように、温度安定時間Ｔの正常範囲は、上限値と下限値との少なくとも一方が定められていればよい。また、実際には、製造時に第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂが正常な値からずれる場合には、第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂの値が互いに異なる値になることがほとんどである。また、上述したように３端子法でヒータ部７０を制御する場合には、第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂの値が互いに異なる場合が最も問題となる。そのため、上述した実施形態のように上限値Ｔｒｅｆ１のみに基づいて異常の有無を判定したとしても、少なくともこのような第１，第２リード抵抗ＲＬａ，ＲＬｂの値が互いに異なる場合（第１，第２リード７７ａ，７７ｂが非対称になっている場合）については、異常として検出できる。

【0072】

上述した実施形態では、図４に示す電圧Ｖｈ，Ｖｔを測定して、式（１）～（４）に基づいて分担率Ｓを導出したが、これに限らず分担率Ｓを導出できればよい。例えば、電圧Ｖｔの代わりに、第１コネクタ電極７１ａと第３コネクタ電極７１ｃとの間の電圧（電圧Ｖｂと称する）を測定してもよい。この場合、上記式（４）と、下記式（５）及び（６）に基づいて発熱部抵抗ＲＨを算出でき、これと上記式（１），（３）とを用いて分担率Ｓを算出できる。下記式（５）は、第１リード抵抗ＲＬａと第２リード抵抗ＲＬｂとが同じであるとみなして、ヒータ部分抵抗ＲＢから第１リード抵抗ＲＬａ（測定不可）を減じる代わりに第２リード抵抗ＲＬｂを減じて、発熱部抵抗ＲＨを求めるための式である。

【0073】

ＲＨ＝ＲＢ－ＲＬｂ （５）
ＲＢ＝Ｖｂ／Ｉｈ （６）
ただし、ＲＢはヒータ全体抵抗ＲＡのうち第２リード７７ｂの抵抗値を含まないヒータ部分抵抗［Ω］。

【0074】

また、分担率Ｓは上記式（１）で定義される値であるが、分担率Ｓの算出自体は式（１）以外の式を用いて行ってもよい。例えば、式（１）を式（２）～（４）を用いて変形すると、下記式（７）が導出される。この式（７）を用いて分担率Ｓを算出してもよい。このように、分担率Ｓは電圧を用いて表すこともできる。

【0075】

Ｓ＝（Ｖｈ－Ｖｔ×２）／Ｖｈ×１００ （７）

【0076】

上述した実施形態では、分担率Ｓを用いて温度安定時間Ｔを算出したが、これに限られない。例えば、サーモグラフィーなどの温度センサを用いて第１，第２リード７７ａ，７７ｂの温度を測定して温度安定時間Ｔを算出してもよい。

【0077】

上述した実施形態では、ガスセンサ１０の状態で異常検出処理を行ったが、ガスセンサ１０を製造する前のセンサ素子２０の状態で異常検出処理を行ってもよい。あるいは製造工程とは関係なくガスセンサ１０またはセンサ素子２０に対して異常検出処理を行ってもよい。また、センサ素子２０に限らず、セラミックス体と発熱部と第１～第３リードとを備えるセラミックスヒータに対して、上述した異常検出処理を行ってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明は、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するガスセンサ素子の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0079】

１０ ガスセンサ、２０ センサ素子、２０ａ 素子本体、２０ｂ 多孔質保護層、２１ 被測定ガス導入口、２２ 基準ガス導入口、２３ 検出部、２４ 外側電極、２５ 内側主ポンプ電極、２６ 内側補助ポンプ電極、２７ 測定電極、２８ 基準電極、３０ 保護カバー、３１ 内側保護カバー、３２ 外側保護カバー、３３ センサ素子室、４０ センサ組立体、４１ 素子封止体、４２ 主体金具、４３ 内筒、４３ａ，４３ｂ 縮径部、４４ａ～４４ｃ セラミックスサポーター、４５ａ，４５ｂ 圧粉体、４６ メタルリング、４７ ボルト、４８ 外筒、４９ 空間、５０ コネクタ、５５ リード線、５７ ゴム栓、７０ ヒータ部、７１ コネクタ電極、７１ａ～７１ｃ 第１～第３コネクタ電極、７２ 発熱部、７２ａ 第１端、７２ｂ 第２端、７３ スルーホール、７４ ヒータ絶縁層、７７ａ～７７ｃ 第１～第３リード、８５ ヒータ電源、８６ ヒータ電流取得部、８７ 第１ヒータ電圧取得部、８８ 第２ヒータ電圧取得部、９０ 制御装置、９１ 制御部、９２ ＣＰＵ、９４ 記憶部、１９０ 配管、１９１ 固定用部材、１９５ センサ立て、１９６ 支柱、１９７，１９８ プレート、１９７ａ，１９８ａ 挿入孔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】