特許 5725400 ガス検知素子

(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】5725400

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年5月27日

(54)【発明の名称】ガス検知素子

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/12 20060101AFI20150507BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/12 B

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2010-257226(P2010-257226)

(22)【出願日】2010年11月17日

(65)【公開番号】特開2012-107999(P2012-107999A)

(43)【公開日】2012年6月7日

【審査請求日】2013年1月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190301

【氏名又は名称】新コスモス電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107308

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 修一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100114959

【弁理士】

【氏名又は名称】山▲崎▼ 徹也

(74)【代理人】

【識別番号】100126930

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 隆司

(72)【発明者】

【氏名】堂上 長則

(72)【発明者】

【氏名】三橋 弘和

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０５−０１７５５７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５６−０６６７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０９１５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８６６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０８３８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２４５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１９１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２１５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１１１２６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検知ガスの濃度に応じた検知信号を出力するガス検知素子と前記ガス検知素子の駆動回路を備えたガス検知装置であって、
前記ガス検知素子は、
絶縁基板の一方の面に形成された検出電極と、
前記絶縁基板の一方の面に前記検出電極と離間して形成される加熱部と、
前記検出電極と前記加熱部とを含む前記絶縁基板の一方の面を覆うように設けられる感応部と、
を備えるとともに、
前記検出電極の一端に接続される検出端子と、前記加熱部の両端に設けられ前記加熱部に接続される一対の加熱端子と、を備え、
前記駆動回路は、
前記一対の加熱端子のうち一方の加熱端子にその正端子が接続される第一電源、及び第二電源と、
前記一対の加熱端子のうち他方の加熱端子にその一端が接続されるとともに他端側が前記第一電源の負端子側に接続される第一抵抗器と、
前記検出端子にその一端が接続されるとともに他端側が前記第二電源の負端子側に接続される第二抵抗器と、
前記加熱部に通電する第１通電状態と、前記検出電極に通電する第２通電状態とを含む通電パターンを切り替える切替手段と、
前記第１通電状態であるときに前記第一抵抗器の両端に生じる電位差に基づいて被検知ガスを検知する、または前記第２通電状態であるときに前記第二抵抗器の両端に生じる電位差に基づいて前記被検知ガスと異なる被検知ガスを検知する検知部と、を備えているガス検知装置。

【請求項2】

前記切替手段は、
前記第一抵抗器の他端と、前記第一電源の負端子の間に接続される第一スイッチと、
前記第二抵抗器の他端と、前記第二電源の負端子の間に接続される第二スイッチと、を
備えている請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項3】

前記切替手段は、
その一端が、前記第一抵抗器の他端及び前記第一スイッチを介して前記第一電源の負端子に接続され、
その他端が、前記第二抵抗器の他端及び第二スイッチを介して前記第二電源の負端子に接続される第三スイッチを備えている請求項２に記載のガス検知装置。

【請求項4】

前記駆動回路は、前記検出端子にその一端が接続される第三抵抗器を備え、
前記切替手段は、
前記第三抵抗器の他端と、前記第一スイッチを介して前記第一電源の負端子の間に接続される第三スイッチと、を備えている請求項２に記載のガス検知装置。

【請求項5】

被検知ガスの濃度に応じた検知信号を出力するガス検知素子と前記ガス検知素子の駆動回路を備えたガス検知装置であって、
前記ガス検知素子は、
絶縁基板の一方の面に形成された検出電極と、
前記絶縁基板の一方の面に前記検出電極と離間して形成される加熱部と、
前記検出電極と前記加熱部とを含む前記絶縁基板の一方の面を覆うように設けられる感応部と、
を備えるとともに、
前記検出電極の一端に接続される検出端子と、前記加熱部の両端に設けられ前記加熱部に接続される一対の加熱端子と、を備え、
前記検出電極が互いに離間して設けられる一対の検出電極から構成されるとともに、前記検出端子が前記一対の検出電極の夫々の一端に接続される一対の検出端子から構成され、
前記駆動回路は、
前記一対の加熱端子のうち一方の加熱端子にその正端子が接続される第一電源と、
前記一対の加熱端子のうち他方の加熱端子にその一端が接続されるとともに他端側が前記第一電源の負端子側に接続される第一抵抗器と、
前記一対の検出端子のうち一方の検出端子にその正端子が接続される第二電源と、
前記一対の検出端子うち他方の検出端子にその一端が接続されるとともに他端側が前記第二電源の負端子側に接続される第二抵抗器と、
前記加熱部に通電する第１通電状態と、前記検出電極に通電する第２通電状態とを含む通電パターンを切り替える切替手段と、
前記第１通電状態であるときに前記第一抵抗器の両端に生じる電位差に基づいて被検知ガスを検知する、または前記第２通電状態であるときに前記第二抵抗器の両端に生じる電位差に基づいて前記被検知ガスと異なる被検知ガスを検知する検知部と、を備えているガス検知装置。

【請求項6】

前記切替手段は、
前記第一抵抗器の他端と、前記第一電源の負端子の間に接続される第一スイッチと、
前記第二抵抗器の他端と、前記第二電源の負端子の間に接続される第二スイッチと、を備えている請求項５に記載のガス検知装置。

【請求項7】

前記駆動回路は、前記検出電極と前記加熱部とが接続され、
前記切替手段は、
その一端が、前記第一抵抗器の他端及び前記第一スイッチを介して前記第一電源の負端子に接続され、
その他端が、前記第二抵抗器の他端及び第二スイッチを介して前記第二電源の負端子に接続される第三スイッチを備えている請求項６に記載のガス検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検知ガスの濃度に応じた検知信号を出力するガス検知素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、空気中の被検知ガスを検知するガス検知素子が利用されてきた。このようなガス検知素子には、ガス感応物質である感応部と、当該感応部を加熱する加熱部と、前記感応部に通電する一対の端子部とを備えて構成されるものがある（例えば特許文献１−３）。

【0003】

特許文献１に記載のガスセンサは、絶縁基板の一方の面に感応部が設けられ、当該感応部上に互いに離間して一対の端子部が設けられる。絶縁基板上の他方の面には加熱部が設けられる。また、特許文献２に記載のガスセンサは、絶縁基板の一方の面に互いに離間して一対の端子部が設けられ、当該一対の端子部の間を電気的に接続するように感応部が設けられる。絶縁基板上の他方の面には加熱部が設けられる。また、特許文献３に記載のガスセンサは、絶縁膜上に加熱部が設けられ、当該加熱部を覆うように絶縁性のある保護膜が設けられる。この保護膜状に互いに離間する一対の端子部が設けられ、当該一対の端子部の間を電気的に接続するように感応部が設けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−９６６２２号公報

【特許文献2】特開２０００−２８５６２号公報

【特許文献3】特開平１０−１１１２６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のように、特許文献１−３に記載の技術では、加熱部と感応部に通電する一対の電極部とが、互いに離間して設けられる。これにより、感応部を加熱した状態にすることができるので、検知感度を高めることができる。しかしながら、構造が複雑化するので、製造コストが高くなるといった問題があった。

【0006】

そこで、検知感度を低下させることなく、簡素な構造からなるガス検知素子の実現が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るガス検知素子の特徴構成は、被検知ガスの濃度に応じた検知信号を出力するガス検知素子と前記ガス検知素子の駆動回路を備えたガス検知装置であって、前記ガス検知素子は、絶縁基板の一方の面に形成された検出電極と、前記絶縁基板の一方の面に前記検出電極と離間して形成される加熱部と、前記検出電極と前記加熱部とを含む前記絶縁基板の一方の面を覆うように設けられる感応部と、を備えるとともに、前記検出電極の一端に接続される検出端子と、前記加熱部の両端に設けられ前記加熱部に接続される一対の加熱端子と、を備え、前記駆動回路は、前記一対の加熱端子のうち一方の加熱端子にその正端子が接続される第一電源、及び第二電源と、前記一対の加熱端子のうち他方の加熱端子にその一端が接続されるとともに他端側が前記第一電源の負端子側に接続される第一抵抗器と、前記検出端子にその一端が接続されるとともに他端側が前記第二電源の負端子側に接続される第二抵抗器と、前記加熱部に通電する第１通電状態と、前記検出電極に通電する第２通電状態とを含む通電パターンを切り替える切替手段と、前記第１通電状態であるときに前記第一抵抗器の両端に生じる電位差に基づいて被検知ガスを検知する、または前記第２通電状態であるときに前記第二抵抗器の両端に生じる電位差に基づいて前記被検知ガスと異なる被検知ガスを検知する検知部と、を備えている点にある。

【0008】

このような特徴構成とすれば、検出電極と加熱部とが絶縁基板の同一面上に構成されているので、簡素な構造とすることができる。また、検出電極と加熱部とを一連の工程で同時に形成することができるので、工程を簡素にすることができる。また、感応部を加熱部で加熱しつつ、検出電極で被検知ガスを検知することができるので、検知感度が低下することがない。したがって、検知感度を低下させることなく、簡素な構造からなるガス検知素子を実現できる。

【0009】

また、前記ガス検知素子は、前記検出電極及び前記加熱部のうち、少なくとも一方を介
して前記検知信号を出力すると好適である。

【0010】

このような構成とすれば、検出電極及び加熱部を検知信号を出力する出力端子として共用することができる。

【0011】

また、前記ガス検知素子は、予め設定された第１設定時間が経過するまで前記加熱部に通電して前記感応部を加熱する第１通電状態と、予め設定された第２設定時間が経過するまで前記検出電極に通電する第２通電状態と、を含む通電パターンに基づいて前記被検知ガスの検知を行うと好適である。

【0012】

このような構成とすれば、第１通電状態で感応部を加熱して当該感応部をヒートパージしつつ、第２通電状態で被検知ガスを検知することが可能となる。したがって、検知感度の低下を防止し、検知感度の高い状態で被検知ガスの検知を行うことが可能となる。

【0013】

また、前記被検知ガスは、少なくとも２つの被検知ガスを含み、前記第１設定時間の間に前記検出電極を介して前記２つの被検知ガスのうちの一方の被検知ガスに応じた検知信号を出力し、前記第２設定時間の間に前記検出電極を介して前記２つの被検知ガスのうちの他方の被検知ガスに応じた検知信号を出力すると好適である。

【0014】

このような構成とすれば、感応部を加熱している状態及び感応部を加熱していない状態の双方で、加熱部と検出電極との間の感応部を介して出力される検知信号を得ることができる。したがって、被検知ガスの検出感度を感応部のみに依存させることができるので、検出感度が高いガス検知素子を構成することができる。また、このような構成とすれば、感応部を加熱している状態において検出し易い被検知ガスと、感応部が加熱されていない状態において検出し易い被検知ガスとを、一つのガス検知素子で適切に検知することができる。

【0015】

また、前記被検知ガスは、少なくとも２つの被検知ガスを含み、前記第１設定時間の間に前記加熱部を介して前記２つの被検知ガスのうちの一方の被検知ガスに応じた検知信号を出力し、前記第２設定時間の間に前記検出電極を介して前記２つの被検知ガスのうちの他方の被検知ガスに応じた検知信号を出力すると好適である。

【0016】

このような構成とすれば、感応部の加熱状態で検知し易い被検知ガスと、感応部の非加熱状態で検知し易い被検知ガスとを、一つのガス検知素子で適切に検知することが可能となる。また、このような構成とすることにより、感応部を加熱する経路と、検知信号を出力する経路とを共通化することができるので、回路構成を簡素にすることができる。したがって、低コストでガス検知素子を構成することができる。

【0017】

ここで、前記検出電極の一端に接続される検出端子と、前記加熱部の両端に設けられ前記加熱部に接続される一対の加熱端子と、を備えて構成されると好適である。

【0018】

このような構成とすれば、ガス検知素子を３端子で構成することができる。したがって、電極及び端子の構成を簡素に行うことができるので、材料コストを低減することができる。

【0019】

更に、被検知ガスの濃度に応じた検知信号を出力するガス検知素子と前記ガス検知素子の駆動回路を備えたガス検知装置であって、前記ガス検知素子は、絶縁基板の一方の面に形成された検出電極と、前記絶縁基板の一方の面に前記検出電極と離間して形成される加熱部と、前記検出電極と前記加熱部とを含む前記絶縁基板の一方の面を覆うように設けられる感応部と、を備えるとともに、前記検出電極の一端に接続される検出端子と、前記加熱部の両端に設けられ前記加熱部に接続される一対の加熱端子と、を備え、前記検出電極が互いに離間して設けられる一対の検出電極から構成されるとともに、前記検出端子が前記一対の検出電極の夫々の一端に接続される一対の検出端子から構成され、前記駆動回路は、前記一対の加熱端子のうち一方の加熱端子にその正端子が接続される第一電源と、前記一対の加熱端子のうち他方の加熱端子にその一端が接続されるとともに他端側が前記第一電源の負端子側に接続される第一抵抗器と、前記一対の検出端子のうち一方の検出端子にその正端子が接続される第二電源と、前記一対の検出端子うち他方の検出端子にその一端が接続されるとともに他端側が前記第二電源の負端子側に接続される第二抵抗器と、前記加熱部に通電する第１通電状態と、前記検出電極に通電する第２通電状態とを含む通電パターンを切り替える切替手段と、前記第１通電状態であるときに前記第一抵抗器の両端に生じる電位差に基づいて被検知ガスを検知する、または前記第２通電状態であるときに前記第二抵抗器の両端に生じる電位差に基づいて前記被検知ガスと異なる被検知ガスを検知する検知部と、を備えても良い。

【0020】

このような構成とすれば、ガス検知素子を４端子で構成することができる。したがって
、検出電極及び加熱部の双方から独立した検出結果を得ることができるので、検出精度の良い結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第一の実施形態に係るガス検知素子を模式的に示す斜視図である。

【図2】第一の実施形態に係るガス検知素子の駆動回路である。

【図3】第一の実施形態に係る通電パターンの一例を示す図である。

【図4】第一の実施形態に係るガス検知素子による検知結果の一例である。

【図5】第二の実施形態に係るガス検知素子の駆動回路である。

【図6】第二の実施形態に係るガス検知素子による検知結果の一例である。

【図7】第三の実施形態に係るガス検知素子の駆動回路である。

【図8】第三の実施形態に係るガス検知素子による検知結果の一例である。

【図9】第四の実施形態に係るガス検知素子を模式的に示す斜視図である。

【図10】第四の実施形態に係るガス検知素子の駆動回路である。

【図11】第四の実施形態に係るガス検知素子による検知結果の一例である。

【図12】第五の実施形態に係るガス検知素子の駆動回路である。

【図13】第五の実施形態に係るガス検知素子による検知結果の一例である。

【図14】その他の実施形態に係るガス検知素子の駆動回路である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

１．第一の実施形態
本発明に係るガス検知素子について、図面を参照して説明する。本発明に係るガス検知素子は、被検知ガスの濃度に応じた検知信号を出力することが可能である。このため、本ガス検知素子は、例えば被検知ガスの漏れを検知するのに好適に利用される。以下、第一の実施形態に係るガス検知素子について説明する。

【0023】

１−１．ガス検知素子の構成
図１には、ガス検知素子５０の斜視図が示される。図１に示されるように、本ガス検知素子５０は、絶縁基板１、検出電極２、加熱部３、感応部４を備え、基板型で構成される。絶縁基板１は、少なくとも一方の面が絶縁特性を有する基板である。本実施形態では、シリコン基板をガス検知素子５０の基板として用いる。シリコン基板上にはシリコン酸化物層が形成され、当該シリコン酸化物層を絶縁物として用いることで絶縁基板１を構成している。

【0024】

検出電極２は、絶縁基板１の一方の面に形成される。絶縁基板１の一方の面とは、上述の絶縁特性を有する面、すなわちシリコン酸化物層が形成された側の面である。本実施形態では、検出電極２は、公知のＭＥＭＳ技術を用いて行われる。すなわち、例えばシリコン酸化物層の略中央部に位置するように検出電極２を蒸着等により形成し、その後、検出電極２及び当該検出電極２が設けられる領域の下部のシリコン酸化物層が残存するようにエッチングを行って架橋状に形成される。検出電極２の材料としては、例えば金や白金を用いることができる。

【0025】

加熱部３は、絶縁基板１の一方の面に検出電極２と離間して形成される。すなわち、加熱部３は絶縁基板１において検出電極２が形成された面と同一面上に形成される。本実施形態では、加熱部３は矩形波状に形成される。矩形波状とは、上面視において凹部と凸部とが互い違いに配置されている状態である。このような加熱部３は、検出電極２と同様に例えば金や白金等を用いて蒸着等により形成され、ＭＥＭＳ技術を用いて架橋状とされる。加熱部３は、検出電極２と同じ工程で形成することが可能である。したがって、加熱部３は、検出電極２と同時に形成することが可能である。この際、検出電極２の先端部が、加熱部３の矩形波状の凹部に入り込むように形成される。これにより、検出電極２は、少
なくとも加熱部３と隙間５を有するように形成することが可能となる。

【0026】

感応部４は、このような検出電極２と加熱部３とを含む絶縁基板１の一方の面を覆うように設けられる。すなわち、感応部４は、検出電極２及び加熱部３が形成された絶縁基板１上の全体を覆うように設けられる。したがって、感応部４は、互いに離間するように形成されている検出電極２と加熱部３との隙間５にも設けられる。このような感応部４は、酸化物半導体からなり、例えば酸化スズを主体とする組成のものを用いることができる。被検知ガスが、この感応部４と検出電極２及び加熱部３との界面付近に達すると、当該界面で電気的反応が生じ、検出電極２と加熱部３との隙間５の電気抵抗が被検知ガスの濃度に応じて変化する。

【0027】

本実施形態においては、ガス検知素子５０は、１つの検出端子２１と、一対の加熱端子３１とを備えて構成される。検出端子２１は、検出電極２の一端に接続される。検出電極２の一端とは、上述の先端部でない側の端部である。検出端子２１は、検出電極２の形成と同工程において形成することが可能である。したがって、検出端子２１は、検出電極２と同時に形成することが可能である。ただし、検出端子２１は架橋状に形成しなくても良く、図１に示されるように一部が絶縁基板１（シリコン酸化物層）上に存在する構成とすることも可能である。一対の加熱端子３１は、加熱部３の両端に設けられ加熱部３に接続される。上述のように加熱部３は、矩形波状に形成される。加熱端子３１は、矩形波状の一端と他端との夫々に設けられる。図１において、夫々符号３１ａ，３１ｂを付して示される。また、加熱端子３１も、加熱部３と同工程において形成することが可能である。したがって、加熱端子３１は、加熱部３と同時に形成することが可能である。ただし、加熱端子３１は架橋状に形成しなくても良く、図１に示されるように一部が絶縁基板１（シリコン酸化物層）上に存在する構成とすることも可能である。このように、本実施形態に係るガス検知素子５０は、１つの検出端子２１と一対の加熱端子３１との合計３つの端子を備えて構成される。

【0028】

１−２．駆動回路
図２には、本実施形態に係るガス検知素子５０の電気抵抗を検出するのに利用される駆動回路が模式的に示される。ここで、上述のように感応部４は、被検知ガスの濃度に応じて電気抵抗が変化する。このため、図２においては、ガス検知素子５０は可変抵抗の記号を用いて記載している。

【0029】

ガス検知素子５０の加熱端子３１ａには、電源Ｖ１の正端子が接続される。また、ガス検知素子５０の加熱端子３１ｂには、所定の抵抗値を有する抵抗器Ｒ１の一端が接続される。抵抗器Ｒ１の他端はスイッチＳＷ１を介して電源Ｖ１の負端子に接続される。ここで、上述のように検出電極２は矩形波状で形成され、これを覆うように感応部４が配置される。感応部４は、被検知ガスの濃度に応じて電気抵抗が変化する。したがって、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間には、検出電極２と並列に可変抵抗が配置されている状態に相当する。抵抗器Ｒ１と並列に電圧計ＶＭ１が配置され、スイッチＳＷ１を閉じた際の抵抗器Ｒ１の両端に生じる電位差を測定することが可能である。

【0030】

また、ガス検知素子５０の加熱端子３１ａには、電源Ｖ２の正端子も接続される。ガス検知素子５０の検出端子２１には、所定の抵抗値を有する抵抗器Ｒ２の一端が接続される。抵抗器Ｒ２の他端はスイッチＳＷ２を介して電源Ｖ２の負端子に接続される。ここで、上述のように検出電極２と加熱部３との隙間５（図１参照）には、感応部４が配置される。感応部４は、被検知ガスの濃度に応じて電気抵抗が変化する。したがって、検出端子２１と加熱端子３１ａとの間には可変抵抗が配置されている状態に相当する。抵抗器Ｒ２と並列に電圧計ＶＭ２が配置され、スイッチＳＷ２を閉じた際の抵抗器Ｒ２の両端に生じる電位差を測定することが可能である。

【0031】

１−３．通電パターン
本実施形態では、ガス検知素子５０は、図３に示されるような、第１通電状態Ｔ１と停止状態Ｔ２と第２通電状態Ｔ３とを含む通電パターンで通電の制御が行われる。すなわち、少なくとも第１通電状態Ｔ１と停止状態Ｔ２とが、通電パターンの１周期に含まれるように設定される。本実施形態では、通電パターンの１周期は、第１通電状態Ｔ１及び停止状態Ｔ２と共に、第２通電状態Ｔ３と停止状態Ｔ４とを含んで構成され、例えば数十秒程度とすると好適である。

【0032】

第１通電状態Ｔ１では、予め設定された第１設定時間ｔ１が経過するまで加熱部３に通電して感応部４が加熱される。第１設定時間ｔ１は、数秒程度で予め設定される。したがって、スイッチＳＷ１を数秒程度、閉状態にすることにより、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間に通電される。これにより、感応部４が加熱される。第１設定時間ｔ１が経過すると、スイッチＳＷ１は開状態にされる。したがって、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間の通電は停止される。

【0033】

停止状態Ｔ２では、第１設定時間ｔ１の経過後、予め設定された所定の設定時間ｔ２が経過するまで検出電極２及び加熱部３の双方への通電が停止される。所定の設定時間ｔ２は、数秒程度とすることが可能である。停止状態Ｔ２では、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２の双方が開状態とされる。

【0034】

第２通電状態Ｔ３では、所定の設定時間ｔ２の経過後、予め設定された第２設定時間ｔ３が経過するまで検出電極２に通電される。第２設定時間ｔ３も、数秒程度で予め設定される。したがって、スイッチＳＷ２を数秒程度、閉状態にすることにより、加熱端子３１ａと検出端子２１との間に通電される。

【0035】

第２設定時間ｔ３が経過すると、スイッチＳＷ２は開状態にされる。したがって、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間の通電は停止される。以下の説明では、この状態を休止状態Ｔ４と称する。休止状態Ｔ４では、予め設定された所定の設定時間ｔ４が経過するまで検出電極２及び加熱部３の双方への通電が停止される。所定の設定時間ｔ４は、通電パターンの１周期の時間に対して、第１設定時間ｔ１と所定の設定時間ｔ２と第２設定時間ｔ３とを減じた残りの時間である。この間は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２の双方が開状態とされる。

【0036】

ここで、本実施形態では、第１通電状態Ｔ１と第２通電状態Ｔ３との夫々で、ガス検知素子５０に通電される。この間に、ガス検知素子５０から出力される信号を、被検知ガスの濃度に基づく検知信号として扱うことが可能である。すなわち、第１通電状態Ｔ１では、電圧計ＶＭ１により測定される電位差がガス検知素子５０からの検出信号とされ、第２通電状態Ｔ３では、電圧計ＶＭ２により測定される電位差がガス検知素子５０からの検出信号とされる。

【0037】

１−４．被検知ガスの検知
図４には、本実施形態に係るガス検知素子５０を、所定の濃度のメタン、水素、一酸化炭素、エタノールの夫々に晒した場合の検知信号が示される。第１通電状態Ｔ１で得られた検出信号が図４（ａ）に示され、第２通電状態Ｔ３で得られた検知信号が図４（ｂ）に示される。夫々、横軸を被検知ガスの濃度とし、縦軸をガス検知素子５０から出力されるセンサ出力（検知信号）とする。第１通電状態Ｔ１では、上述のように加熱部３に通電されるので感応部４が加熱される。係る場合には、図４（ａ）に示されるように、メタンの濃度の増加に応じてセンサ出力の変化が大きくなり、水素、一酸化炭素、エタノールの濃度の増加に拘らずセンサ出力の変化は小さい。したがって、第１通電状態Ｔ１では、メタ
ンを適切に検知することが可能となる。

【0038】

一方、第２通電状態Ｔ３では、上述のように加熱部３への通電は停止されるので、第１通電状態Ｔ１において加熱されていた感応部４の温度は低下する。係る場合には、図４（ｂ）に示されるように、一酸化炭素の濃度の増加に応じてセンサ出力の変化が大きくなり、メタン、水素、エタノールの濃度の増加に拘らずセンサ出力の変化は小さい。したがって、第２通電状態Ｔ３では、一酸化炭素を適切に検知することが可能となる。

【0039】

このように、本実施形態では、少なくとも２つの被検知ガスが含まれる。すなわち、被検知ガスは、感応部４が加熱状態で検出感度が高くなるメタンと、感応部４が非加熱状態で検出感度が高くなる一酸化炭素と、を含む場合であっても、第１設定時間ｔ１の間に加熱部３を介して２つの被検知ガスのうちの一方（本例では、メタン）の被検知ガスに応じた検知信号を出力し、第２設定時間ｔ３の間に検出電極２を介して２つの被検知ガスのうちの他方（本例では、一酸化炭素）の被検知ガスに応じた検知信号を出力することが可能となる。このように、本ガス検知素子５０によれば、検出電極２及び加熱部３の双方を介して検知信号を出力することが可能である。したがって、被検知ガスの選択性を向上することができる。更に、第２通電状態Ｔ３の前に、第１通電状態Ｔ１により感応部４が加熱されるので、ヒートパージされることになる。したがって、第２通電状態Ｔ３における検出感度を高めることができる。

【0040】

２．第二の実施形態
次に、第二の実施形態について説明する。上述の第一の実施形態では、第１通電状態Ｔ１では、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間における感応部４の電気抵抗の変化を検出していた。本実施形態においては、第１通電状態Ｔ１で、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間における感応部４の電気抵抗の変化に加え、加熱端子３１ａと検出端子２１との間における感応部４の電気抵抗の変化も検出する点で、第一の実施形態と異なる。他の構成については、第一の実施形態と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。

【0041】

２−１．駆動回路
図５には、本実施形態に係るガス検知素子５０の電気抵抗を検出するのに利用される駆動回路が模式的に示される。本駆動回路は、図２に示される第一の実施形態に係る駆動回路に対して、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２との間にスイッチＳＷ３を備えている。

【0042】

２−２．通電パターン
本実施形態におけるガス検知素子５０に対する通電パターンも、図３に示されるものが用いられる。ただし、第一の実施形態で説明したスイッチの制御が異なる。本実施形態では、第１通電状態Ｔ１ではスイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３の双方を閉状態にし、休止状態Ｔ２ではスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、及びスイッチＳＷ３を開状態にする。そして、第２通電状態Ｔ３ではスイッチＳＷ２を閉状態にし、停止状態Ｔ４ではスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、及びスイッチＳＷ３を開状態にする。夫々の状態を維持する時間は、第一の実施形態と同様に設定することが可能である。

【0043】

第１通電状態Ｔ１では、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３の双方が予め設定された第１設定時間ｔ１の間、閉状態にされ、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間、及び加熱端子３１ａと検出端子２１との間に通電される。これにより、感応部４が加熱される。第１設定時間ｔ１が経過すると、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３は共に開状態にされる。したがって、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間、及び加熱端子３１ａと検出端子２１との間の通電は停止される。

【0044】

停止状態Ｔ２では、第１設定時間ｔ１の経過後、予め設定された所定の設定時間ｔ２が経過するまで検出電極２及び加熱部３の双方への通電が停止される。停止状態Ｔ２では、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、及びスイッチＳＷ３が開状態とされる。

【0045】

第２通電状態Ｔ３では、所定の設定時間ｔ２の経過後、予め設定された第２設定時間ｔ３が経過するまで検出電極２に通電される。第２設定時間ｔ３も、数秒程度で予め設定される。したがって、スイッチＳＷ２を数秒程度、閉状態にすることにより、加熱端子３１ａと検出端子２１との間に通電される。

【0046】

休止状態Ｔ４では、第２設定時間ｔ３が経過すると、スイッチＳＷ２は開状態にされる。したがって、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間の通電は停止される。休止状態Ｔ４では、予め設定された所定の設定時間ｔ４が経過するまで検出電極２及び加熱部３の双方への通電が停止される。

【0047】

２−３．被検知ガスの検知
図６には、本実施形態に係るガス検知素子５０を、所定の濃度のメタン、水素、一酸化炭素、エタノールの夫々に晒した場合の検知信号が示される。第１通電状態Ｔ１において得られた加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間に基づく検知信号が図６（ａ）に示され、第２通電状態Ｔ３において得られた加熱端子３１ａと検出端子２１との間に基づく検知信号が図６（ｂ）に示される。また、図６（ｃ）には、第１通電状態Ｔ１において得られた加熱端子３１ａと検出端子２１との間に基づく検知信号が示される。

【0048】

図６（ａ）に示されるように、メタンの濃度の増加に応じてセンサ出力の変化が大きくなり、水素、一酸化炭素、エタノールの濃度の増加に拘らずセンサ出力の変化は小さい。したがって、第１通電状態Ｔ１では、メタンを適切に検知することが可能となる。また、図６（ｂ）に示されるように、一酸化炭素の濃度の増加に応じてセンサ出力の変化が大きくなり、メタン、水素、エタノールの濃度の増加に拘らずセンサ出力の変化は小さい。したがって、第２通電状態Ｔ１では、一酸化炭素を適切に検知することが可能となる。更に、図６（ｃ）に示されるように、加熱端子３１ａと検出端子２１との間においても、図６（ａ）と同様の結果が得られる。このように、本発明によれば、被検知ガスの選択性を向上することができる。

【0049】

３．第三の実施形態
次に、第三の実施形態について説明する。上述の第二の実施形態では、第１通電状態と第２通電状態とにおいて、抵抗器Ｒ２を共用する形態で示した。本実施形態では、第１通電状態と第２通電状態とにおいて、抵抗器Ｒ２を共用しない点で第二の実施形態と異なる。他の構成については、第二の実施形態と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。

【0050】

３−１．駆動回路
図７には、本実施形態に係るガス検知素子５０の電気抵抗を検出するのに利用される駆動回路が模式的に示される。本駆動回路は、図２に示される第一の実施形態に係る駆動回路に対して、検出端子２１とスイッチＳＷ１との間に抵抗器Ｒ３とスイッチＳＷ３とを備え、抵抗器Ｒ３と並列に電圧計ＶＭ３を備えている。なお通電パターンについては、上述の第二の実施形態と同様であるので説明を省略する。

【0051】

３−２．被検知ガスの検知
本実施形態に係る検知結果が図８に示される。図８（ａ）には第１通電状態Ｔ１において得られた加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間に基づく検知信号が示され、図８（ｂ）には第２通電状態Ｔ３において得られた加熱端子３１ａと検出端子２１との間に基づく
検知信号が示される。また、図８（ｃ）には、第１通電状態Ｔ１において得られた加熱端子３１ａと検出端子２１との間に基づく検知信号が示される。図８に示されるように、本実施形態に係る駆動回路であっても、適切に被検知ガスを検知することが可能である。

【0052】

このように、本実施形態に係る構成によれば、第１設定時間ｔ１の間に検出電極２を介して検知信号を出力し、第２設定時間ｔ３の間にも検出電極２を介して検知信号を出力することが可能となる。したがって、被検知ガスの検出感度を感応部４のみに依存させることができるので、検出感度が高いガス検知素子５０を構成することができる。また、第２通電状態Ｔ３の前に、第１通電状態Ｔ１により感応部４が加熱されるので、ヒートパージされることになる。したがって、第２通電状態Ｔ３における検出感度を高めることができる。

【0053】

４．第四の実施形態
４−１．ガス検知素子の構成
次に、第四の実施形態について説明する。上記の各実施形態では、ガス検知素子５０は、１つの検出電極２と１つの加熱部３とを有して構成されているとして説明した。本実施形態に係るガス検知素子５０は、一対の検出電極２と１つの加熱部３とを備えている点で上記の各実施形態と異なる。本実施形態に係るガス検知素子５０を模式的に示した斜視図が図９に示される。

【0054】

本実施形態に係るガス検知素子５０も、絶縁基板１上に検出電極２が形成される。当該検出電極２は、所定の間隔で離間する一対の検出電極２ａ，２ｂからなる。また、加熱部３は、検出電極２が形成される絶縁基板１の同一面上に矩形波状で形成される。上記の各実施形態と同様に、一対の検出電極２ａ，２ｂの先端部が、加熱部３の矩形波状の凹部に入り込むように形成される。これにより、検出電極２は、少なくとも加熱部３と隙間５を有するように形成することが可能となる。本実施形態における検出電極２及び加熱部３は、上記実施形態と同様に、公知のＭＥＭＳ技術を用いて架橋状にして形成される。このような検出電極２及び加熱部３が形成された絶縁基板１上の全体を覆うように感応部４が設けられる。したがって、互いに離間するように形成されている検出電極２と加熱部３との隙間５にも設けられる。

【0055】

本実施形態においては、検出電極２が互いに離間して設けられる一対の検出電極２ａ，２ｂから構成され、検出端子２１が一対の検出電極２ａ，２ｂの夫々の一端に接続される一対の検出端子２１ａ，２１ｂから構成される。

【0056】

４−２．駆動回路
図１０には、本実施形態に係るガス検知素子５０の電気抵抗を検出するのに利用される駆動回路が模式的に示される。ガス検知素子５０の加熱端子３１ａ及び加熱端子３１ｂに接続される回路構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。ガス検知素子５０の検出端子２１ａには、電源Ｖ２の正端子が接続される。ガス検知素子５０の検出端子２１ｂには、所定の抵抗値を有する抵抗器Ｒ２の一端が接続される。抵抗器Ｒ２の他端はスイッチＳＷ２を介して電源Ｖ２の負端子に接続される。抵抗器Ｒ２と並列に電圧計ＶＭ２が配置され、スイッチＳＷ２を閉じた際の抵抗器Ｒ２の両端に生じる電位差を測定することが可能である。なお通電パターンについては、上述の第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

【0057】

４−３．被検知ガスの検知
本実施形態に係る検知結果が図１１に示される。図１１（ａ）には第１通電状態Ｔ１において得られた加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間に基づく検知信号が示され、図１１（ｂ）には第２通電状態Ｔ３において得られた検出端子２１ａと検出端子２１ｂとの間
に基づく検知信号が示される。図１１に示されるように、本実施形態に係るガス検知素子５０であっても、適切に被検知ガスを検知することが可能である。

【0058】

５．第五の実施形態
次に、第五の実施形態について説明する。上述の第四の実施形態では、第１通電状態では、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間における感応部４の電気抵抗の変化を検出していた。本実施形態においては、第１通電状態で、加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間における感応部４の電気抵抗の変化に加え、検出電極２１ａと検出端子２１ｂとの間における感応部４の電気抵抗の変化も検出する点で、第四の実施形態と異なる。他の構成については、第四の実施形態と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。

【0059】

５−１．駆動回路
図１２には、本実施形態に係るガス検知素子５０の電気抵抗を検出するのに利用される駆動回路が模式的に示される。本駆動回路は、図１０に示される第四の実施形態に係る駆動回路に対して、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２との間にスイッチＳＷ３を備えている。また、検出電極２１ａと加熱部３１ａとが接続されている。なお通電パターンについては、上述の第二の実施形態と同様であるので説明を省略する。

【0060】

５−２．被検知ガスの検知
本実施形態に係る検知結果が図１３に示される。図１３（ａ）には第１通電状態Ｔ１において得られた加熱端子３１ａと加熱端子３１ｂとの間に基づく検知信号が示され、図１３（ｂ）には第２通電状態Ｔ３において得られた検出電極２１ａと検出端子２１ｂとの間に基づく検知信号が示される。また、図１３（ｃ）には、第１通電状態Ｔ１において得られた検出端子２１ａと検出端子２１ｂとの間に基づく検知信号が示される。図１３に示されるように、本実施形態に係る駆動回路であっても、適切に被検知ガスを検知することが可能である。

【0061】

〔その他の実施形態〕
上記第五の実施形態では、第１通電状態Ｔ１と第２通電状態Ｔ３とにおいて、抵抗器Ｒ２を共用する形態で示した。本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば第１通電状態Ｔ１と第２通電状態Ｔ３とにおいて、抵抗器Ｒ２を共用しないように構成することも可能である。図１４には、このような構成の駆動回路が示される。図１４に示される駆動回路は、図１２に示される駆動回路に対して、検出端子２１とスイッチＳＷ１との間に抵抗器Ｒ３とスイッチＳＷ３とを備え、抵抗器Ｒ３と並列に電圧計ＶＭ３を備えている。図示はしないが、このような構成であっても、適切に被検知ガスを検知することが可能である。

【0062】

上記実施形態では、感応部４の抵抗率については限定しなかったが、本発明に係るガス検知素子５０は、検出電極２と加熱部３とを独立して備えているので、感応部４は高抵抗の特性を有する材料を用いることが可能である。したがって、検出感度や検知濃度に応じて、適宜、感応部４を選択することができる。

【0063】

上記実施形態では、通電パターンについて図示して説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。上記実施形態において挙げた通電パターンは、一例である。例えば、電源Ｖ１と電源Ｖ２との夫々の出力電圧を異なるものにすることも可能であるし、同じものとすることも可能である。更には、通電時間は、夫々異なるものとすることも可能であるし、同じ時間にすることも可能である。更には、休止時間を長くすることも短くすることも当然に可能である。

【0064】

上記実施形態では、検出電極２及び加熱部３が、ＭＥＭＥ技術を用いて架橋状に形成さ
れるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、絶縁基板１として、アルミナ基板を用いることができる。このような絶縁基板１を用いると、当該絶縁基板１上に、蒸着等を行うだけで検出電極２及び加熱部３を形成することができるので、架橋状にしなくても良い。このような構成であっても、本発明の適用範囲であることは当然である。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明は、検知対象のガスを検知するガス検知素子に利用可能である。

【符号の説明】

【0066】

１：絶縁基板
２：検出電極
３：加熱部
４：感応部
２１：検出端子
３１：加熱端子
５０：ガス検知素子

【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】