(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサに用いられ、センサ部（４）から入力される複数の微少電流（Ｉｓ、Ｉｍ）を、プリント基板（１０）上に配置した複数の微少電流検出手段（２１、２２）によって検出すると共に、該微少電流検出手段（２１、２２）によって検出した第１の微少電流（Ｉｓ）と第２の微少電流（Ｉｍ）との差分を検出する微少電流検出装置（５）であって、
前記プリント基板に、
第１の微少電流の流れる第１の微少電流配線部（１１０）と、
第２の微少電流の流れる第２の微少電流配線部（１２０）とを設けて並走させると共に、これらの配線長さ（Ｌ）を等しくし、
かつ、
所定の基準電位を有する基準電位配線部として所定の共通電圧（Ｖｃｏｍ）を供給する共通電圧配線部（１００）を具備し、
前記第１の微少電流配線部と前記第２の微少電流配線部とのそれぞれに対して等しい間隙（ｄ１）を隔てて前記共通電圧配線部を隣接せしめると共に、前記第１の微少電流配線部及び前記第２の微少電流配線部のそれぞれと、前記共通電圧配線部との電位差は、接地との電位差よりも小さいことを特徴とする微少電流検出装置
【請求項２】
前記第１の微少電流配線部と前記第２の微少電流配線部とが外部と接続する基板端末部（ＴＭＥ）において、前記第１の微少電流配線部が外部と接続する第１の微少電流配線端部（１１１）と前記第２の微少電流配線部が外部と接続する第２の微少電流配線端部（１２１）とを所定の間隙（ｄ１）を隔てて覆うように、前記第１の微少電流配線部に隣接せしめた前記共通電圧配線部と前記第２の微少電流配線部に隣接せしめた前記共通電圧配線部とを繋いだ請求項１に記載の微少電流検出装置
【請求項３】
前記基板端末部において、少なくとも、前記第１の微少電流配線端部に接続する第１の微少電流端子（Ｔ１１１）と、前記第２の微少電流配線端部に接続する第２の微少電流端子（Ｔ１２１）と、前記共通電圧配線部の端部である共通電圧配線端部（１０１）に接続する共通電圧端子（Ｔ１０１）とを具備し、
前記第１の微少電流端子と前記第２の微少電流端子とを所定の端子間隔で隣接せしめると共に、前記第１の微少電流端子と前記第２の微少電流端子のいずれか一方には、所定の端子間隔を隔てて前記共通電圧端子を隣接せしめ、他方には、前記共通電圧端子又は前記プリント基板上に形成された他の配線部であって前記基準電位に近い電位を有する準基準電位配線部に接続する準基準電位端子を隣接せしめて外部との接続を図った請求項２に記載の微少電流検出装置
【請求項４】
前記プリント基板が多層基板からなり、前記共通電圧配線部を前記第１の微少電流配線部及び前記第２の微少電流配線部と絶縁層を隔てて断面方向に隣接する別層に配設せしめた請求項１に記載の微少電流検出装置
【請求項５】
前記第１の微少電流配線部の電位と前記第２の微少電流配線部の電位とが等しい請求項１ないし４のいずれか記載の微少電流検出装置
【請求項６】
前記センサ部が、固体電解質体に一対の電極を設けて構成した複数の検出セルからなり、
第１の検出セルとして被測定ガス中のＮＯｘに対して活性な電極を有するセンサセル（４１）を具備し、
第２の検出セルとして被測定ガス中のＮＯｘに対して不活性な電極を有するモニタセル（４２）を具備して、
前記センサセルと前記モニタセルとに所定の電圧を印加したときに前記センサセルに流れるセンサ電流（Ｉｓ）を前記第１の微少電流とし、
前記モニタセルに流れるモニタ電流（Ｉｍ）を前記第２の微少電流として、
前記センサ電流と前記モニタ電流との差分を算出し、被測定ガス中のＮＯｘ量を計測する請求項１ないし５のいずれかに記載の微少電流検出装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板上に配設された少なくとも２以上の微少電流を検出する電流検出手段を含む微少電流検出装置に関し、特に内燃機関の燃焼排気中の特定成分を検出するガス検出装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサを制御する制御回路等の微少電流を扱う回路を含む高インピーダンス動作用プリント基板において、基板からの漏れ電流がオペアンプ等への侵入防止を図るために、例えば、オペアンプの反転入力端子の周辺を取り囲むように非反転入力端子に接続したガードリングを設たり、端子間に亘る配線経路全体を取り囲むようにガードリングを設けたりすることが一般に行われている。
また、特許文献１には、プリント基板と、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たセンサ制御回路ユニットにおいて、ノイズ発生源となる電流が通電される電流経路部と信号検出回路及び電流経路部との間に、予め設定した基準電位となる基準電位部を設けた制御回路ユニットが開示されている。
【０００３】
一方、一般的な酸素センサや空燃比センサがミリアンペア級の電流検出を行うのに対して、ＮＯｘセンサやアンモニアセンサ等の被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサでは、ナノアンペア級の微少電流を検出する必要がある（特許文献２参照）。
特許文献１には、微少電流を検出する信号検出回路部とノイズ源となる電流経路部とを仮想線で二分した領域に分けて配設し、端子部において信号検出回路部と電流経路部との間に基準電位部を設けたセンサ制御用回路ユニット及び検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７１０２４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２２７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１にあるように、端子部において信号検出部と電流経路部との間に基準電位部を設けた場合、電流経路部から信号検出部へのノイズ等の侵入を排除できたとしても、基準電位部と信号検出部との間の電位差による漏れ電流を防ぐことはできない。
ＮＯｘセンサのように、信号検出部に流れる電流が数十ナノアンペアと極め低い微少電流を検出する微少電流検出装置においては、このような基準電位部と信号検出部との間の僅かな漏れ電流も無視できない。
さらに、端子部において、信号検出部の回りに基準電位部が配設されていても、微少電流を検出する検出回路部に至るまでの配線経路においてノイズが侵入する虞もある。
一方、プリント基板上に形成された電流検出回路と外部との接続を図るコネクタ部においても、電流経路部と信号検出部との間に同様の基準電位部を設けるとコネクタ部の体格が大きくなり、装置の小型化の障害となる虞もある。
【０００６】
そこで、本発明では、かかる実情に鑑み、少なくとも２以上の微少電流検出手段を含む微少電流検出装置において、簡易な構成で漏れ電流の影響を少なくして検出精度の向上を図った微少電流検出装置を提供すると共に、被測定ガス中に配設した検出部に設けた複数の電流検出セルに流れる微少電流の比較によって、被測定ガス中の特定ガス成分を精度良く検出するガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明（５）は、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサに用いられ、センサ部（４）から入力される複数の微少電流（Ｉｓ、Ｉｍ）を、プリント基板（１０）上に配置した複数の微少電流検出手段（２１、２２）によって検出すると共に、該微少電流検出手段（２１、２２）によって検出した第１の微少電流（Ｉｓ）と第２の微少電流（Ｉｍ）との差分を検出する微少電流検出装置（５）であって、前記プリント基板に、第１の微少電流の流れる第１の微少電流配線部（１１０）と、第２の微少電流の流れる第２の微少電流配線部（１２０）とを設けて並走させると共に、これらの配線長さ（Ｌ）を等しくし、かつ、所定の基準電位を有する基準電位配線部として所定の共通電圧（Ｖｃｏｍ）を供給する共通電圧配線部（１００）を具備し、前記第１の微少電流配線部と前記第２の微少電流配線部とのそれぞれに対して等しい間隙（ｄ１）を隔てて前記共通電圧配線部を隣接せしめると共に、前記第１の微少電流配線部及び前記第２の微少電流配線部のそれぞれと、前記共通電圧配線部との電位差は、接地との電位差よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記共通電圧配線部が、他の配線部から前記第１の微少電流配線部及び前記第２の微少電流配線部への漏れ電流の侵入を排除しつつ、前記共通電圧配線部から前記第１の微少電流外線部に流れる第１の漏れ電流（ＩＬ１）と前記第２の微少電流配線部に流れる第２の漏れ電流（ＩＬ２）を等しくして、前記第１の微少電流と前記第２の微少電流との差分を算出したときに、前記第１の漏れ電流と前記第２の漏れ電流とが相殺されるので、基準電位部として設けた前記共通電圧配線部からの漏れ電流の影響を排除して精度の高い微少電流検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態における微少電流検出回路として例示するＮＯｘセンサの概要を示すブロック図
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態における微少電流検出装置の要部を示す模式図
【図２Ｂ】本発明の第２の実施形態における微少電流検出装置の要部を示す模式図
【図３】本発明の第１の実施形態における微少検出装置の端子部の構成の一例を示す要部拡大図
【図４】本発明の第２の実施形態における微少電流検出装置の回路配線部の一例を示す平面図
【図５】本発明の第３の実施形態における微少電流検出装置の要部を示す断面図
【図６】本発明の第４の実施形態における微少電流検出装置の要部を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、外部に設けた高インピーダンス回路から入力される１ミリアンペア以下のナノアンペア級の微少電流の検出に際して、微少電流検出回路を形成したプリント基板上に設けた配線経路について、２以上の微少電流の流れる微少電流配線部を並走させ、かつ、それぞれの配線長を等しくすると共に、並走する微少電流経路の、少なくとも両外側に一定の距離を隔て、基準電位部として所定の基準電位を有する基準電位配線部を隣接することで、各微少電流配線部と基準電位配線部との間の漏れ電流量を一定とし、それぞれの微少電流配線部に流れる微少電流の差分を算出することで、漏れ電流の影響を相殺して、精度良く微少電流の検出を可能とする微少電流検出装置である。
また、プリント基板上に形成した微少電流経路と外部との接続を図る端子部において、微少電流配線に接続する微少電流端子を隣接させ、その外側の一方には、基準電位の基準電位端子を配置し、他方には、基準電位に等しいか、それに近い電位の端子を隣接させることで、基板表面に比べ絶縁性の高い外部接続端子部における漏れ電流の影響を抑制しつつ、外部接続端子部の小型化を図ったものである。
【００１１】
図１を参照して本発明の第１の実施形態における微少電流検出装置について、ＮＯｘセンサ５を例として説明する。
ＮＯｘセンサ５は、内燃機関の燃焼排気中に含まれるＮＯｘの検出に用いられるものである。
ＮＯｘセンサ５は、被測定ガス中に配設されるセンサ部４と制御回路部１とによって構成されている。
センサ部４は、ジルコニア等のイオン伝導性を有する固体電解質体の所定の位置に電極層を形成し、アルミナ等の絶縁性材料からなるスペーサ等を用いて絶縁層を形成し、通電により発熱するヒータを埋設するなどして、複数の検出セルを設けた公知のＮＯｘセンサ素子である。
【００１２】
制御回路部１は、少なくとも、プリント基板１０に実装された集積回路２と、集積回路２とセンサ部４との接続を図る回路配線部ＰＣＴ、ヒータ制御部３を含んでいる。
本実施形態においては、本発明の要部である回路配線部ＰＣＴとして、少なくとも、共通電圧配線部１００、第１の入力配線部としてセンサ電流配線部１１０、第１の帰還配線部１１２、第２の入力配線部としてモニタ電流配線部１２０、第２の帰還配線部１２２、第３の入力配線部１３０、バッテリ電圧配線部１４０、ヒータ電流配線部３００を有している。
本実施形態においては、共通電圧配線部１００の共通電圧Ｖｃｏｍを基準電位としている。
【００１３】
本実施形態における集積回路２は、少なくとも、共通電圧源部２０と、第１の微少電流検出手段として設けたセンサ電流検出部２１と、第２の微少電流検出手段として設けたモニタ電流検出部２２と、第３の微少電流検出手段として設けたポンプ電流検出部２３とを具備する。
共通電圧電源部２０は、オペアンプ等の公知の演算増幅器を用いて、制御電源Ｖｃｃ（例えば、５Ｖ）を所定の分圧抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）によって分圧した共通電圧Ｖｃｏｍ（例えば、２．９Ｖ）を出力するように構成されている。
共通電圧Ｖｃｏｍは、集積回路２の共通電圧出力端子２０１とプリント基板１０の端部に設けた共通電圧端子部Ｔ１０１との間に設けた共通電圧配線部１００によって伝送され、さらに、共通電圧端子部Ｔ１０１を介して接続された共通電圧伝送線４００を介してセンサ部４に伝送され、センサセル４１、モニタセル４２、ポンプセル４２に印加されている。
【００１４】
センサ電流検出部２１には、オペアンプ等の公知の演算増幅器が用いられ、第１の電流検出手段として設けたセンサ電流検出抵抗Ｒｓに流れるセンサ電流Ｉｓを電圧変換して検出し、図略の演算回路に出力するよう構成されている。
センサ電流検出部２１の非反転入力端子（＋）２１３には、集積回路２の内部において、制御電圧Ｖｃｃを所定の分圧抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）によって分圧したセンサ電圧Ｖｓ（例えば、２．５Ｖ）が印加されている。
センサ電流配線部１１０の一方の端には、センサ電流配線端部１１１が形成され、他方の端はセンサ電流検出部２１の反転入力端子（−）２１２に接続されている。
センサ電流配線端部１１１は、センサ端子Ｔ１１１等を介して、ＮＯｘセンサ４のセンサセル４１に接続されている。
センサ電流検出部２１の反転入力端子（−）２１２には、センサ電流配線部１１０を介して、センサセル４１に流れるセンサ電流Ｉｓが入力されている。
センサ電流検出部２１の反転入力端子２１２と出力端子２１１との間は、第１の帰還配線部１１２（負帰還）を介して、センサ電流検出抵抗Ｒｓが接続され、出力側に帰還されている。
【００１５】
同様に、モニタ電流検出部２２には、オペアンプ等の公知の演算増幅器が用いられ、第２の電流検出手段として設けたモニタ電流検出抵抗Ｒｍに流れるモニタ電流Ｉｍを電圧変換して検出し、図略の演算回路に出力するよう構成されている。
モニタ電流検出部２２の非反転入力端子（＋）２２３には、集積回路２の内部において、制御電圧Ｖｃｃを所定の分圧抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）によって分圧したモニタ電圧Ｖｍ（例えば、２．５Ｖ）が印加されている。
モニタ電流配線部１２０の一方の端には、モニタ電流配線端部１２１が形成され、他方の端はモニタ電流検出部２２の反転入力端子（−）２２２に接続されている。
モニタ電流配線端部１２１は、モニタ端子Ｔ１２１等を介して、ＮＯｘセンサ４のモニタセル４２に接続されている。
モニタ電流検出部２２の反転入力端子（−）２２２には、モニタ電流配線部１２０を介して、モニタセル４２に流れるモニタ電流Ｉｍが入力されている。  
モニタ電流検出部２２の反転入力端子２２２と出力端子２２１との間は、第２の帰還配線部１２２（負帰還）を介して、センサ電流検出抵抗Ｒｓが接続され、出力側に帰還されている。
本実施形態においては、センサ電圧Ｖｓとモニタ電圧Ｖｍとは、等しい電位となるように構成されている。
【００１６】
ポンプ電流検出部３２には、  オペアンプ等の公知の演算増幅器が用いられ、第３の電流検出手段として設けたポンプ電流検出抵抗Ｒｐに流れるポンプ電流Ｉｐを電圧変換して検出し、ポンプセル４３に印加するポンプ電圧Ｖｐを調整する。
ポンプ電流検出部２３の非反転入力端子（＋）２３３には、第１の空間内に導入された被測定ガス中の酸素濃度に応じてポンプセル４３に印加するポンプ電圧Ｖｐ（例えば、２．９Ｖ〜）を変化させて印加できるように構成されている。
ポンプ電流配線部１３０の一方の端には、ポンプ電流配線端部１３１が形成され、他方の端はポンプ電流検出部２３の反転入力端子（−）２２２に接続されている。
ポンプ電流配線端部１３１は、ポンプ端子Ｔ１３１等を介して、ＮＯｘセンサ４のポンプセル４３に接続されている。
ポンプ電流検出部２３の反転入力端子（−）２３２には、ポンプ電流配線部１３０を介して、ポンプセル４３に流れるポンプ電流Ｉｐが入力されている。  
ポンプ電流検出部２３の反転入力端子２３２と出力端子２３１との間は、第３の帰還配線部１３２（負帰還）を介して、ポンプ電流検出抵抗Ｒｐが接続され、出力側に帰還されている。
【００１７】
共通電圧配線部１００は、一方の端が、集積回路２の共通電圧出力端子２０１に接続され、他方の端がプリント基板１０上に形成した共通電圧端子部１０１において共通電圧端子Ｔ１０１に接続されている。
センサ電流配線部１１０は、一方の端が、集積回路２のセンサ電流入力端子２１２に接続され、他方の端がプリント基板１０上に形成したセンサ電流配線端部１１１においてセンサ端子Ｔ１１１に接続されている。
第１の帰還配線部１１２は、センサ電流検出抵抗ＲＳとセンサ電流配線部１１０とを繋いでいる。
モニタ電流配線部１２０は、一方の端が、集積回路２のモニタ電流入力端子２２２に接続され、他方の端がプリント基板１０上に形成したモニタ電流配線端部１２１においてモニタ端子Ｔ１２１に接続されている。
第２の帰還配線部１２２は、モニタ電流検出抵抗Ｒｍとモニタ電流配線部１２０とを繋いでいる。
【００１８】
ポンプ電流配線部１３０は、一方の端が、集積回路２のポンプ電流入力端子２３２に接続され、他方の端がプリント基板１０上に形成したポンプ電流配線端部１３１においてポンプ端子Ｔ１３１に接続されている。
第２の帰還配線部１３２は、ポンプ電流検出抵抗Ｒｐとポンプ電流配線部１３０とを繋いでいる。
【００１９】
バッテリ電圧配線部１４０は、一方の端が電源＋Ｂ（例えば、１２Ｖ）に接続され、他方の端がプリント基板１０の電源端子部１４１に設けたバッテリ端子Ｔ１４１に接続されている。
ヒータ電流配線部３００は、一方の端が、ヒータ制御部３に接続され、他方の端がプリント基板１０のヒータ通電端子部３０１に設けたヒータ端子部Ｔ３０１に接続されている。
ヒータ制御部３には、図略のスイッチング手段が設けられ、ヒータ４４を所定の温度に発熱させるための駆動電流を制御している。
【００２０】
センサ部４と制御回路部１とは、ワイヤハーネス等の公知の耐熱性配線部材（共通電圧伝送線４００、センサ電流伝送線４１０、モニタ電流電送線４２０、ポンプ電流伝送線４３０、ヒータ通電線４４０、バッテリ電圧送線４５０）とその端部に設けたコネクタ構造のコネクタ端子１７（共通電圧端子Ｔ１０１、センサ端子Ｔ１１１、モニタ端子Ｔ１２１、ポンプ端子Ｔ１３１、ヒータ端子Ｔ３０１、バッテリ端子Ｔ１４１）を介して着脱可能に接続されている。
【００２１】
センサ部４は、第１の電流検出部として設けたセンサセル４１と第３の電流検出部として設けたモニタセル４２とポンプセル４３とからなる３セル構造を有している。
【００２２】
ジルコニア等の特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質体の両面に一対の電極を形成した検出セルを複数設けて構成されている。
ポンプセル３４は、センサ部４の所定の位置に区画された第１の空間内に導入された被測定ガス中に存在する酸素を出し入れして、空間内の酸素濃度を調整し、所定の通気路に排出する。  
ポンプセル３４には、共通電圧Ｖｃｏｍとポンプ電圧Ｖｐとの電位差分の電圧が印加され、可変電源から供給されたポンプ電圧Ｖｐを変化させることで、ポンピングする酸素量を調整している。
【００２３】
センサセル４１とモニタセル４２とは  センサ部４の所定位置に区画され、所定の拡散抵抗を介して第１の空間に連通された第２の空間に対面するように設けられている。
センサセル４１の一方の電極には、Ｐｔ、Ｒｈ等のＮＯｘ活性な貴金属が用いられ、モニタセル４２の一方の電極には、Ａｕ−Ｐｔ等のＮＯｘ不活性な貴金属が用いられており、センサセル４１とモニタセル４２の他方の電極は共通電極として構成されている。
【００２４】
モニタセル４２には、共通電圧Ｖｃｏｍとモニタ電圧Ｖｍとの電位差分の電圧が印加される。
モニタセル４２は、ポンプセルと同様、酸素排出機能を有するため、第2ポンプセル又は補助ポンプセルとも称される。
ポンプセル４３から余剰酸素が排出された後に第２の空間内に残留する酸素濃度に応じてモニタセル４２に生じる起電力又は電圧印加に伴いモニタ電流Ｉｍを生じ、センサセル４１は、センサセル４１の電極間に印加したセンサ電圧Ｖｓによって第２の空間内の被測定ガス中のＮＯｘが還元分解され、センサセル４１にセンサ電流Ｉｓを生じる。
ＮＯｘセンサにおいては、ＮＯｘ活性なセンサセル４１に流れるセンサ電流ＩｓとＮＯｘ不活性なモニタセル４２に流れるモニタ電流Ｉｍとの差分を算出することで、被測定ガス中のＮＯｘ量を精度良く計測することができる。
【００２５】
なお、本実施形態における集積回路２では、センサ電流検出抵抗Ｒｓ、モニタ電流検出抵抗Ｒｍを、プリント基板１０に実装した例を示してあるが、集積回路２に内蔵させた構成でも良い。
また、共通電圧源部２０、センサ電流検出部２１、モニタ電流検出部２２、ポンプ電流検出部２３を一つの集積回路２内に設けた例を示しているが、それぞれ独立した集積回路によって構成しても良い。
【００２６】
さらに、本実施形態においては、３セル構造のＮＯｘセンサ４を例に示したが、本発明はこれに限定するものではなく、センサ素子として、ポンプセルとセンサセルとからなる２セル構造のものでも良く、公知のセンサ素子を適宜採用し得る。
また、検出対象をＮＯｘに限定するものでもなく、被測定ガス中のＨＣやＣＯを検出対象とするものでも良いし、アンモニアの濃度を検出するものであっても良い。
さらに、本実施形態においては、電流検出手段として、いわゆる電圧フォロア型の演算増幅器を用いた例を示しているが、本発明において電流検出手段を限定するものではなく、非反転入力増幅器を用いたものや、電流検出抵抗Ｒｓ、Ｒｍ、Ｒｐに代えて、コンデンサやコンデンサと抵抗、ダイオード等を適宜組み合わせて用いることも可能である。
【００２７】
本発明においては、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６に例示する配線方法によって回路配線部ＰＣＴを形成することで、センサ電流Ｉｓの流れるセンサ電流配線部１１０及び第１の帰還配線部１１２に流れ込む第１の漏れ電流ＩＬ１と、モニタ電流Ｉｍの流れるモニタ電流配線部１２０及び第２の帰還配線部１２２とに流れ込む第２の漏れ電流ＩＬ２とを一致させることができる。
これにより、センサ電流Ｉｓとモニタ電流Ｉｍとの差分を算出したときに、第１の漏れ電流ＩＬ１と第２の漏れ電流ＩＬ２とが相殺され、ナノアンペア級の微少電流を検出する場合においても、不可避的に発生する漏れ電流の影響を排除し精度の高い電流検出装置が実現できる。
【００２８】
図２Ａを参照して、本発明の第１の実施形態における微少電流検出装置５に用いられる配線方法について説明する。
本実施形態においては、センサ電流Ｉｓの流れるセンサ電流配線部１１０とモニタ電流Ｉｍの流れるモニタ電流配線部１２０とが基準電位となる共通電圧配線部１００を互いの間に挟んで並走し、かつ、配線長さＬが等しくなるように形成されている。
さらに、本実施形態においては、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０との間のみならず外側にも隣接して共通電圧配線部１００が配設されている。
加えて、センサ電流配線部１１０と共通電圧配線部１００との間隙ｄ１、及び、モニタ電流配線部１２０と共通電圧配線部１００との間隙ｄ１が、配線経路中のいずれの位置においても、一定となるように共通電圧配線部１００の配線パターンが調整されている。
【００２９】
なお、センサ電流配線部１１０の外側に隣接して設けた共通電圧配線部１００と、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０との間に設けた共通電圧配線部１００と、電流配線部１２０の外側に隣接して設けた共通電圧配線部１００とは、図３を参照して後述する基板端末部ＴＭＥにおいて、互いに接続されている。
センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０とのそれぞれに隣接して等しい電位の共通電圧配線部１００を配設することで、センサ電流配線部１１０と共通電圧配線部１００との間の電位差Ｖ１とモニタ電流配線部１２０と共通電圧配線部１００との間の電位差Ｖ２とが等しくなる。
【００３０】
その結果、共通電圧配線部１００からセンサ電流配線部１１０へ流れる第１の漏れ電流ＩＬ１と共通電圧配線部１００からモニタ電流配線部２１０へ流れる第２の漏れ電流ＩＬ２とが等しくなり、センサ電流信号ＶＳＯとモニタ電流検出信号ＶＭＯとの差分を取ることで漏れ電流の影響を相殺することができる。
本実施形態においては、共通電圧Ｖｃｏｍを２．９Ｖ、センサ電圧Ｖｓを２．５Ｖ、モニタ電圧Ｖｍを２．５Ｖ、ポンプ電圧Ｖｐの最大値を２．９Ｖ、ヒータ電圧ＶＨＴＲを１２Ｖ、バッテリ電圧＋Ｂを１２Ｖに設定した例を示している。
本実施形態では、ポンプ電流配線部１３０、バッテリ配線部１４０、ヒータ配線部３００が、センサ電流配線部１１０及びモニタ電流配線部１２０に隣接しておらず、共通電圧配線部１００によってガードされているので、大きな漏れ電流が侵入することもない。
【００３１】
図２Ｂを参照して、本発明の第２の実施形態における微少電流検出装置５ａに用いられる配線方法について説明する。
なお、以下の説明において、前記実施形態と共通する部分については同じ符号を付し、それぞれの実施形態の特徴的な部分には、アルファベットの枝番を付して区別したので、共通する部分の説明を省略し、各実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。
前記実施形態においては、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０との間に、共通電圧配線部１００を配設した例を示したが、本実施形態における微少電流検出装置５ａでは、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０とを隣接させ、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０との外側にのみ共通電圧配線部１００を配設した点が相違する。
また、本実施形態においても、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０とが並走する距離Ｌを等しくし、センサ電流配線部１１０と共通電圧配線部１００との間隙ｄ１とモニタ電流配線部１２０と共通電圧配線部１００との間隙ｄ２とが等しくなるように配設されている。
【００３２】
本実施形態においても前記実施形態と同様に、電位の等しい共通電圧配線部１００を等距離で配線することで、第１の漏れ電流ＩＬ１と第２の漏れ電流ＩＬ２とを等しくすることができる。
加えて、本実施形態においては、センサ電圧Ｖｓとモニタ電圧Ｖｍとは等しく、互いの電位がほぼ等しくなるセンサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０とが隣接しているため、その間の電位差Ｖはほぼ０に等しく、両者の間では漏れ電流が生じない。
また、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０との間に共通電圧配線部１００が設けられていないので実配線面積を狭くすることができ、装置の小型化を図ることもできる。
【００３３】
図３を参照して、本発明の第１の実施形態における電流検出装置１と外部との接続を図る基板端末部ＴＭＥ及びコネクタ１６の構成について説明する。
プリント基板１０の表面には、回路配線部ＰＣＴとして、共通電圧配線部１００、センサ電流配線部１１０、モニタ電流配線部１２０、ポンプ電流配線部１３０、バッテリ電圧配線部１４０、及び、ヒータ通電配線部３００が形成されている。
共通電圧配線部１００、センサ電流配線部１１０、モニタ電流配線部１２０、ポンプ電流配線部１３０、バッテリ電圧配線部１４０の一方の端には集積回路端子接続用のランド部が形成され、それぞれ、集積回路２の共通電圧出力端子２０１、センサ電流入力端子２１２、モニタ電流入力端子２２２、ポンプ電流入力端子２３２、バッテリ電圧端子２４０に接続されている。
【００３４】
ヒータ通電配線部３００の一方の端は、ヒータ制御部３に接続されている。
共通電圧配線部１００、センサ電流配線部１１０、モニタ電流配線部１２０、ポンプ電流配線部１３０、バッテリ電圧配線部１４０及びヒータ通電配線部３００の他方の端には、プリント基板１０の端末部ＴＭＥにおいて外部に設けたＮＯｘセンサとの接続を図る共通電圧配線端部１０１、センサ電流配線端部１１１、モニタ電流配線端部１２１、ポンプ電流配線端部１３１、バッテリ電圧配線端部１４１、ヒータ通電配線端部３０１が形成され、それぞれ共通電圧端子Ｔ１０１、センサ端子Ｔ１１１、モニタ端子Ｔ１２１、ポンプ端子Ｔ１３１、バッテリ端子Ｔ１４１、ヒータ通電端子Ｔ３０１からなるコネクタ端子１７に接続されている。
コネクタ端子１７は、樹脂製のコネクタハウジング１６０によって固定されている。
本実施形態においては、共通電圧配線部１００が、一定の間隙ｄ１を隔て、センサ電流配線端部１１１とモニタ電流配線端部１２１との両方に隣接するように設けられており、複数の共通電圧配線部１００が、基板端末部ＴＭＥにおいて一つにまとまって共通電圧配線端部１０１を形成し、センサ電流配線先端部１１１及びモニタ電流配線端部１２１を取り囲んでいる。
【００３５】
また、コネクタハウジング１６０が、図略の相手方コネクタハウジングと勘合することで、コネクタ端子１７が図略の相手側コネクタ端子との導通が図られるように構成されている。
一般的に、集積回路２の入出力端子は、所定の端子間隔（例えば、０．５ｍｍピッチから２．５４ｍｍピッチ）で配置されている。
一方、基板端末部ＴＭＥにおいては、相手方のコネクタ端子との勘合を図る必要性から、集積回路部の端子間距離と同じか、それよりも長い端子間距離（例えば、１．２５ｍｍピッチから６．２５ｍｍピッチ）で配置されている。
このため、互いに一定の間隙ｄ１で隣接して並走する共通電圧配線部１００、センサ電流配線部１１０、モニタ電流配線部１２０は、基板端末部ＴＭＥにおいて、端子間隔に合わせて配線間隔が広がることになる。
【００３６】
そこで、本実施形態においては、共通電圧配線端部１０１の面積を拡大して、共通電圧配線端部１０１とセンサ電流配線端部１１１との間隙ｄ１及びモニタ電流配線端部１２１と共通電圧配線端部１０１との間隙ｄ１を一定としている。
コネクタハウジング１６０は、ポリアミド、ポリイミド、ＰＢＴ、ガラス繊維入ＰＢＴ等公知の絶縁性樹脂が用いられており、プリント基板１０の表面に比べて、端子間の絶縁性が高く、漏れ電流が発生し難くなっている。
このため、センサ端子Ｔ１１１とモニタ端子Ｔ１２１とを隣接させ、それぞれの外側に、共通電圧端子Ｔ１０１又はポンプ端子Ｔ１３１のずれか一方を隣接させ、ヒータ端子Ｔ３０１又はバッテリ端子Ｔ１４１を隣接させないようにしている。
【００３７】
コネクタハウジング１６０によって高い絶縁性が維持されているので、センサ端子Ｔ１１１とモニタ端子Ｔ１２１との間に共通電圧端子Ｔ１０１を設けなくても十分漏れ電流を抑制することができる。
また、モニタ端子Ｔ１２１とバッテリ端子Ｔ１４１との間に共通電圧端子Ｔ１０１を設けず、代わりに、電位が一定でない、ポンプ端子Ｔ１３１を配置しても、コネクタハウジング１６０によって高い絶縁性が確保されているので、モニタ端子Ｔ１２１とポンプ端子Ｔ１３１との間の漏れ電流は十分小さい。
【００３８】
その結果、コネクタハウジング１６０内に配設するコネクタ端子１７の数を最少限で構成することができ、体格を小さくすることができる。
コネクタ端子１７の数を少なくしても、基板端端末部ＴＭＥにおいて、センサ電流配線端部１１１及びモニタ電流配線端部１２１とは、それぞれ同じ基準電位となる共通電圧端部１０１で一定間隙ｄ１を隔てて覆われているので、それぞれとの間の漏れ電流ＩＬ１、ＩＬ２に影響はない。
【００３９】
図４を参照して、本発明の第２の実施形態における微少電流検出装置５ａと外部との接続を図る基板端末部ＴＭＥ及びコネクタ１６の構成について説明する。
本実施形態においては、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０との間には、共通電圧配線部１００が配設されておらず、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０とを隣接させ、センサ電流配線端部１１１及びモニタ電流配線端部１２１の外側を取り囲むように一定の間隙ｄ１を隔てて配設した共通電圧配線部１００及び共通電圧配線端部１０１ａが配設されている。
【００４０】
また、コネクタ１６は前記実施形態と同様の構成となっている。
本実施形態においても、センサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０と一定距離を隔てて配設された共通電圧配線部１００及び共通電圧配線端部１０１によって、外部からの漏れ電流の侵入を遮断することができる。
さらに、一定の基準電位となる共通電圧配線部１００及び共通電圧配線端部１０１ａとセンサ電流配線部１１０とモニタ電流配線部１２０との間の漏れ電流ＩＬ１とＩＬ２とを等しくして、センサ電流Ｉｓとモニタ電流Ｉｍとの差分を算出することで、漏れ電流の影響を相殺して、精度良くＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサが実現できる。
【００４１】
図５を参照して本発明の第３の実施形態における微少電流検出装置５ｂの概要について説明する。
前記実施形態においては、基準電位となる共通電圧配線部１００を、センサ電流配線部１１０及びモニタ電流配線部１２０と同一層に形成した例を示したが、本実施形態においては、多層基板からなるプリント基板１０ｂにおいて、基準電位となる共通電圧配線部１００ｂをセンサ電流配線部１１０及びモニタ電流配線部１２０の形成された層とは別層に配設した点が相違する。
また、本実施形態においては、基準電位に近いポンプ電流配線部１３０ｂを共通電圧配線部１００ｂと同層に形成し、バッテリ電圧配線部１４０ｂ及びヒータ通電配線部３００ｂを裏面側に配設した例を示しているが、これに限定するものではない。
【００４２】
少なくとも、基準電位となる共通電圧配線部１００ｂをセンサ電流配線部１１０及びモニタ電流配線部１２０と異なる層で、一定間隙を隔てて配設し、その他の配線部との間に介在させることで、電位差の大きい配線部からの大きな漏れ電流ILLを共通電圧配線部１００ｂによって遮断すると共に、共通電圧配線部１００ｂからセンサ電流配線部１１０への漏れ電流IL1とモニタ電流配線部１２０への漏れ電流IL2とを等しくすることで、センサ電流Ｉｓとモニタ電流Ｉｍとの差分を算出する際に漏れ電流の影響を相殺することができる。
また、絶縁層を介しているため、共通電圧配線部１００ｂからセンサ電流配線部１１０及びモニタ電流配線部１２０へ断面方向に発生する漏れ電流ＩＬ１、ＩＬ２は、プリント基板１０の表面で漏れ電流が発生する前記実施形態に比べて小さくできる。
【００４３】
なお、筐体１５は、収容部１５０と蓋部１５１とからなる公知の筐体であり、樹脂又は金属によって形成されており、プリント基板１０ｂを収容すると共に端子固定部１６ｂを保持している。筐体１５の内部に絶縁性樹脂１５２を充填して封止しても良い。
また、前記実施形態においては、外部に設けたセンサ部４との接続にコネクタハウジング１６０に収容された端子部１７を用いた例に示したが、本発明において、外部との接続を図る端子部を、相手方と勘合するコネクタ構造に限定するものではない。
本実施形態においては、樹脂製の端子固定部１６ｂに平板状の端子部１７ｂの一部を埋設固定し、端子部１７ｂ間の絶縁を確保している。
端子部１７ｂは、ヒータ端子Ｔ３０１、センサ端子Ｔ１１１、モニタ端子Ｔ１２１、ポンプ端子Ｔ１３１、バッテリ端子Ｔ１４１によって構成されている。
端子部１７ｂの一方の端は、プリント基板１０ｂに穿設されたスルーホールＴＨに挿入され、配線回路部ＰCTに接続されたランドＬＮＤとハンダ部ＳＬＤを介して固定されており、他方の端は、センサ部４から引き出された各配線（４００〜４５０）が直接的に接続されている。
端子部１７ｃと各配線との接続は、ロウ付け、ハンダ付け、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接、圧着端子を介した接続などの公知の接続方法を適宜採用することができる。
また、前記実施形態においても同様の構成を取ることができる。
【００４４】
なお、一般的には、グランドプレーンを形成することで、回路へのノイズの侵入を防止することが知られているが、本実施形態における基準電位部として設けた共通電圧配線部１００ｂに代えてグランドプレーンを設けると、センサ電圧Ｖｓ及びモニタ電圧Ｖｍが電位差となり、センサ電流配線部１１０ｂ及びモニタ電流配線部１２０ｂからグランドプレーンへの漏れ電流が大きくなり、微少電流の検出が困難となる虞がある。
本実施形態においては、基準電位部として共通電圧配線部１００ｂを配設しており、共通電圧Ｖｃｏｍとセンサ電圧Ｖｓ及びモニタ電圧Ｖｍとの電位差は、接地との電位差に比べて小さく、共通電圧配線部１００ｂからの漏れ電流ＩＬ１、ＩＬ２によって、センサ電流Ｉｓ及びモニタ電流Ｉｍが小さくなることもない。
【００４５】
図６を参照して、本発明の第４の実施形態における微少電流検出装置５ｃについて説明する。
本実施形態においては、第１の実施形態におけるコネクタ１６に代え、絶縁性の樹脂からなるブロック状の端子固定部１６ｃを設け、相手方に勘合するコネクタ端子１７に代え、平板状の端子部１７ｃを端子固定部１６ｃに埋設し、端子部１７ｃにセンサ部４の接続する各配線部（４００〜４５０）を直接的に接続した点が相違する。
但し、端子部１７ｃが、ヒータ端子Ｔ３０１、共通電圧端子Ｔ１０１、センサ端子Ｔ１１、モニタ端子Ｔ１２１、ポンプ端子Ｔ１３１、バッテリ端子Ｔ１４１によって構成されている点は共通する。
【００４６】
第１、第２の実施形態においては、コネクタ端子１７をコネクタハウジング１６０に埋設して固定している例について説明したが、本発明において、外部との接続を図るのに必ずしもコネクタ構造とする必要はない。
本実施形態においては、外部との接続を図る端子部１７ｃを絶縁性の樹脂からなる端子固定部１６ｃに埋設し、微少電流の流れるセンサ端子Ｔ１１１及びモニタ端子Ｔ１２１との電位差が大きい、バッテリ端子Ｔ１４１やヒータ通電端子Ｔ３０１を隣接させず、センサ端子Ｔ１１１及びモニタ端子Ｔ１２１との電位差の小さい共通電圧端子Ｔ１０１又はポンプ端子Ｔ１３１を隣接させることで端子部１７ｃにおける漏れ電流の発生を抑制している。
【００４７】
また、前記実施形態においては、端子部１７ｂの一方の端をプリント基板１０に設けたスルーホールＴＨに挿入し、ハンダ付け等により固定した構成を示したが、本図に示すように、ヒータ端子Ｔ３０１、共通電圧端子Ｔ１０１、センサ端子Ｔ１１１、モニタ端子Ｔ１２１、ポンプ端子Ｔ１３１、バッテリ端子Ｔ１４１の一方の端と、ヒータ通電配線端部３０１、共通電圧配線端部１０１、センサ電流配線端部１１１、モニタ電流配線端部１２１、ポンプ電流配線端部１３１、バッテリ電圧配線端部１４１、とを、ボンディングワイヤＢＤ３０１、ＢＤ１０１、ＢＤ１２１、ＢＤ１３１、ＢＤ１４１を介して接続しても良い。
空気又は充填樹脂１５２を介して立体的に配線されているためボンディングワイヤ間の絶縁性が高くボンディングワイヤ間に漏れ電流が流れることはない。
【００４８】
さらに、端子部１７ｃの端子固定部１６ｃへの固定方法について、公知のインサート成型によって端子部１７ｃを端子固定部１６ｃに埋設しても良いし、予め、爪溝を設けた端子固定部１６ｃを形成し、端子部１７ｃを嵌着するアウトサート成型によって固定するようにしても良い。
端子部１７ｃと各配線部（４００〜４５０）との接続には、前記実施形態と同様、ロウ付け、ハンダ付け、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接、圧着端子を介した接続などの公知の接続方法を適宜採用することができる。
【００４９】
本発明は、前記実施形態に限定するものではなく、微少電流が流れる複数の微少電流配線部の並走する配線長を等しくすると共に、基準電位として所定の電位を有する共通電圧配線部を一定の距離で隣接させることにより、他の配線部からの漏れ電流の侵入を排除しつつ、共通電圧配線部からそれぞれの微少電流外線部への漏れ電流を等しくして、複数の微少電流の差分を算出することで、漏れ電流の影響を排除して精度の高い電流検出を行おうとする本発明の趣旨に反しない限りにおいて、適宜変更可能である。
例えば、前記実施形態において、図２Ａ、図２Ｂに示した配線例は同一平面上に形成した例を示したものであるが、これを断面方向の配線と見なして、多層構造の回路に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、センサ部から入力される複数の微少電流の差分を精度良く検出するための微少電流検出装置であり、特に、微少電流の変化から、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサに好適に用いることができる。
また、センサ部からの微少電流の検出に限らず、高インピーダンス回路に流れる複数の微少電流の差分を利用して、アクチュエータの制御を行う制御回路などにも本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１  制御回路部
１０  プリント基板
１００  共通電圧配線部
１０１  共通電圧配線端部
１１０  第１の入力配線部（センサ電流配線部）
１１１  第１の入力配線端部（センサ電流端部）
１１２  第1の帰還配線部
１２０  第２の入力配線部（モニタ電流配線部）
１２１  第２の入力配線端部（モニタ電流配線端部）
１２２  第２の帰還配線部
１３０  第３の入力配線部（ポンプ電流配線部）
１３１  第３の入力配線端部（ポンプ電流配線端部）
１３２  第３の帰還配線部
１４０  バッテリ電圧配線部
２  センサ制御集積回路部
２０  共通電圧源部
２０１  共通電圧出力端子
２１  第１の微少電流検出手段（センサ電流検出部）
２１１  第１の出力端子
２１２  第１の反転入力端子（センサ電流入力端子）
２１３  第１の非反転入力端子
２２  第２の微少電流検出手段（モニタ電流検出部）
２２１  第２の出力端子
２２２  第2の反転入力端子（モニタ電流入力端子）
２２３  第２の非反転入力端子
２３  第３の微少電流検出手段（ポンプ電流検出部）
２３１  第３の出力端子
２３２  第３の反転入力端子（ポンプ電流入力端子）
２３３  第３の非反転入力端子
２４  差分演算回路（NOｘ算出回路）
３  ヒータ制御部
３００  ヒータ電流配線部
３０１  ヒータ電流配線端部
４  センサ部（ＮＯｘセンサ素子）
４００  共通電圧伝送線
４１  第１の検出素子（センサセル）
４１０  第１の信号線（センサ電流伝送線）
４２  第２の検出素子（モニタセル)
４２０  第２の信号線（モニタ電流伝送線）
４３  第３の検出素子（ポンプセル）
４３０  共通電圧供給線
４４  ヒータ
４４０  ヒータ通電線
５  微少電流検出装置（ＮＯｘセンサ）
Ｉｓ  第１の微少電流（センサ電流）
Ｉｍ  第２の微少電流（モニタ電流）
Ｉｐ  第３の微少電流（ポンプ電流）
ＩＬ１  第１の漏れ電流（センサ電流側漏れ電流）
ＩＬ２  第２の漏れ電流（モニタ電流側漏れ電流）
Ｖｓ  第２の検出電圧（センサ電圧）
Ｖｍ  第２の検出電圧（モニタ電圧）
Ｖｃｏｍ  共通電圧
Ｖｐ  第３の検出電圧（ポンプ電圧）
ＶＨＴＲ  ヒータ電圧
Ｖｃｃ  制御電圧
＋Ｂ  電源電圧
【図１】
0006476654.tif 000002
【図２Ａ】
0006476654.tif 000003
【図２Ｂ】
0006476654.tif 000004
【図３】
0006476654.tif 000005
【図４】
0006476654.tif 000006
【図５】
0006476654.tif 000007
【図６】
0006476654.tif 000008