特許 6203214 半導体式ガスセンサの製造方法及びガス検知装置

(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】6203214

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】半導体式ガスセンサの製造方法及びガス検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/12 20060101AFI20170914BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/12 B

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-93602(P2015-93602)

(22)【出願日】2015年4月30日

(65)【公開番号】特開2016-211896(P2016-211896A)

(43)【公開日】2016年12月15日

【審査請求日】2016年9月20日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000231361

【氏名又は名称】日本写真印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】特許業務法人北斗特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087767

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 惠清

(74)【代理人】

【識別番号】100155745

【弁理士】

【氏名又は名称】水尻 勝久

(74)【代理人】

【識別番号】100143465

【弁理士】

【氏名又は名称】竹尾 由重

(74)【代理人】

【識別番号】100155756

【弁理士】

【氏名又は名称】坂口 武

(74)【代理人】

【識別番号】100161883

【弁理士】

【氏名又は名称】北出 英敏

(74)【代理人】

【識別番号】100167830

【弁理士】

【氏名又は名称】仲石 晴樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162248

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100100262

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 勉

(72)【発明者】

【氏名】松本 晋一

(72)【発明者】

【氏名】島袋 宗春

(72)【発明者】

【氏名】栗林 晴美

(72)【発明者】

【氏名】福地 健一

(72)【発明者】

【氏名】田村 隆司

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０２１５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３０４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３３４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６９３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７４４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６８８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７１４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３０８７９８２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特表２０１３−５０８００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００４５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００９２３４１（ＵＳ，Ａ１）

(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】

中心電極と、前記中心電極から離れた状態で前記中心電極の周囲に巻き回されてコイル状に形成されたヒータ兼用電極と、前記ヒータ兼用電極と前記中心電極とを覆う感ガス体とを備えた半導体式ガスセンサの製造方法であって、
前記ヒータ兼用電極を、外径が１４０μｍ以下で、かつ、前記外径に対する中心軸方向の長さの比率が１以下で、かつ、ターン数が１となるように形成する工程と、
前記中心電極を前記ヒータ兼用電極の内部において中心軸に沿って通す工程と、
前記中心電極および前記ヒータ兼用電極を覆うようにして成形材料を塗布する工程と、
成形材料を焼結することで前記感ガス体を形成する工程と
を備えた、半導体式ガスセンサの製造方法。

【請求項2】

中心電極と、前記中心電極から離れた状態で前記中心電極の周囲に巻き回されてコイル状に形成されたヒータ兼用電極と、前記ヒータ兼用電極と前記中心電極とを覆う感ガス体とを備えた半導体式ガスセンサと、
前記ヒータ兼用電極に通電して前記感ガス体を加熱する駆動部と
を備え、
前記ヒータ兼用電極は、外径が１４０μｍ以下で、かつ、前記外径に対する中心軸方向の長さの比率が１以下で、かつ、ターン数が１となるように構成されており、
前記駆動部は、前記ヒータ兼用電極に対し０．０６〜０．１秒間通電した後、前記ヒータ兼用電極に対する通電を停止し、これにより前記感ガス体を加熱する、
ガス検知装置。

【請求項3】

前記半導体式ガスセンサの駆動中の前記ヒータ兼用電極と前記中心電極との間の抵抗値に基づいて対象ガスを検知する検出部をさらに備える、
請求項２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、半導体式ガスセンサの製造方法及びガス検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、従来の半導体式ガスセンサが開示されている。この特許文献１記載の半導体式ガスセンサは、金属酸化物半導体ビーズと、この金属酸化物半導体ビーズに埋設されたヒータ兼用電極コイルと、このヒータ兼用電極コイルの中心軸に沿って配置された中心電極とを備えている。

【0003】

この特許文献１記載の半導体式ガスセンサは、ヒータ兼用電極コイルの大きさが、中心軸方向の長さ３００μｍ、内径１５０μｍとなるように形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−１７４４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、この種の半導体式ガスセンサは、ヒータ兼用電極コイルと中心電極との間の抵抗値を検知するに当たり、ヒータ兼用電極コイルによって、金属酸化物半導体ビーズを対象ガスの検知に適した温度にまで加熱する。このため、半導体式ガスセンサは、金属酸化物半導体ビーズの体積が大きいと、熱応答性が悪くなり、対象ガスが検知可能な状態となるのに時間が掛かってしまう。

【0006】

一方、金属酸化物半導体ビーズは、ヒータ兼用電極コイルを覆うように設けられる。このため、金属酸化物半導体ビーズの体積は、ヒータ兼用電極コイルの径と中心軸方向の長さに影響を受けざるを得ない。したがって、金属酸化物半導体ビーズの体積をできる限り小さくするには、ヒータ兼用電極コイルの径と中心軸方向の長さを従来品よりも小さくする必要がある。

【0007】

しかしながら、従来の半導体式ガスセンサは、ヒータ兼用電極コイルの中心軸方向の長さが、内径の２倍以上の長さに形成されている。このため、従来のヒータ兼用電極コイルを単に小さくするだけでは、製造時において、中心電極が中心軸に平行な状態から傾いた場合に、ヒータ兼用電極コイルの内周に中心電極が接触しやすいという問題がある。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ヒータ兼用電極の大きさを小さくしても、中心電極がヒータ兼用電極に接触するのを抑制できる半導体式ガスセンサの製造方法及びガス検知装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の半導体式ガスセンサの製造方法は、中心電極と、前記中心電極から離れた状態で前記中心電極の周囲に巻き回されてコイル状に形成されたヒータ兼用電極と、前記ヒータ兼用電極と前記中心電極とを覆う感ガス体とを備えた半導体式ガスセンサの製造方法であって、前記ヒータ兼用電極を、外径が１４０μｍ以下で、かつ、前記外径に対する中心軸方向の長さの比率が１以下で、かつ、ターン数が１となるように形成する工程と、前記中心電極を前記ヒータ兼用電極の内部において中心軸に沿って通す工程と、前記中心電極および前記ヒータ兼用電極を覆うようにして成形材料を塗布する工程と、成形材料を焼結することで前記感ガス体を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

【0012】

本発明のガス検知装置は、中心電極と、前記中心電極から離れた状態で前記中心電極の周囲に巻き回されてコイル状に形成されたヒータ兼用電極と、前記ヒータ兼用電極と前記中心電極とを覆う感ガス体とを備えた半導体式ガスセンサと、前記ヒータ兼用電極に通電して前記感ガス体を加熱する駆動部とを備え、前記ヒータ兼用電極は、外径が１４０μｍ以下で、かつ、前記外径に対する中心軸方向の長さの比率が１以下で、かつ、ターン数が１となるように構成されており、前記駆動部は、前記ヒータ兼用電極に対し０．０６〜０．１秒間通電した後、前記ヒータ兼用電極に対する通電を停止し、これにより前記感ガス体を加熱することを特徴とする。
またこのガス検知装置において、前記半導体式ガスセンサの駆動中の前記ヒータ兼用電極と中心電極との間の抵抗値に基づいて対象ガスを検知する検出部をさらに備えていることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明の半導体式ガスセンサの製造方法により製造された半導体式ガスセンサは、外径に対する中心軸方向の長さの比率が１以下となるように構成されているため、製造時において、中心電極が傾いた場合であっても、当該中心電極がヒータ兼用電極に接触しにくい。したがって、本発明の半導体式ガスセンサの製造方法によれば、ヒータ兼用電極の大きさを小さくしても、中心電極がヒータ兼用電極に接触するのを抑制できる。
また、本発明のガス検知装置によれば、ヒータ兼用電極の大きさを小さくしても、中心電極がヒータ兼用電極に接触するのを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態のガス検知装置の概略図である。

【図2】実施形態の半導体式ガスセンサにおけるヒータ兼用電極および中心電極の近傍の正面図である。

【図3】実施形態のガス検知装置のブロック図である。

【図4】従来品の半導体式ガスセンサと実施形態の半導体式ガスセンサとを並べて撮影した写真である。

【図5】図５Ａは実施形態の半導体式ガスセンサである。図５Ｂは従来の半導体式ガスセンサである。

【図6】図６Ａは変形例１のヒータ兼用電極および中心電極の正面図である。図６Ｂは変形例１のヒータ兼用電極および中心電極の側面図である。図６Ｃは変形例１のヒータ兼用電極および中心電極の平面図である。

【図7】図７Ａは変形例２のヒータ兼用電極および中心電極の正面図である。図７Ｂは変形例２のヒータ兼用電極および中心電極の側面図である。図７Ｃは変形例２のヒータ兼用電極および中心電極の平面図である。

【図8】図８Ａは変形例３のヒータ兼用電極および中心電極の正面図である。図８Ｂは変形例３のヒータ兼用電極および中心電極の側面図である。図８Ｃは変形例３のヒータ兼用電極および中心電極の平面図である。

【図9】図９Ａは、実施例１〜３の試験結果を示したグラフである。図９Ｂは、実施例４〜６の試験結果を示したグラフである。図９Ｃは、参考例の試験結果を示したグラフである。

【図10】図１０Ａは、実施例１〜３の熱応答性についての試験結果を示したグラフである。図１０Ｂは、実施例４〜６の熱応答性についての試験結果を示したグラフである。図１０Ｃは、参考例の熱応答性についての試験結果を示したグラフである。

【図11】図１１Ａは、実施例１のヒータ温度とガスセンサの感度との関係を示したグラフである。図１１Ｂは、実施例２のヒータ温度とガスセンサの感度との関係を示したグラフである。図１１Ｃは、実施例３のヒータ温度とガスセンサの感度との関係を示したグラフである。

【図12】図１２Ａは、実施例４のヒータ温度とガスセンサの感度との関係を示したグラフである。図１２Ｂは、実施例５のヒータ温度とガスセンサの感度との関係を示したグラフである。図１２Ｃは、実施例６のヒータ温度とガスセンサの感度との関係を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。

【0016】

本実施形態のガス検知装置は、半導体式ガスセンサ１（以下、ガスセンサ１という）と、このガスセンサ１を駆動する駆動部７と、ガスセンサ１の駆動中の抵抗値に基づいて対象ガスを検知する検出部８と、筐体６とを備えている。

【0017】

ガスセンサ１は、検知対象の気体（以下、対象ガス）に曝露されると、対象ガスの濃度に応じて抵抗値を変化させる。ガスセンサ１は、図１に示すように、ヒータ兼用電極２と、中心電極３と、感ガス体４と、複数のリード線５１〜５３とを備えている。

【0018】

ヒータ兼用電極２は、所定温度になるよう感ガス体４を加熱する。ヒータ兼用電極２は、中心軸回りに巻き回されたコイル状（いわゆる空芯コイル状）をなしており、通電により発熱するように構成されている（ヒータ兼用電極２の内周で囲まれた空間を透孔部２１という）。ヒータ兼用電極２は、たとえば、線径が１０〜２５μｍ（好ましくは１５〜２０μｍ、より好ましくは１５μｍ）の白金や白金合金等の貴金属線からなる線材により構成される。

【0019】

ヒータ兼用電極２は、図２に示すように、外径φが１４０μｍ以下で、かつ、中心軸に沿った方向（以下、中心軸方向という）の長さＬの外径φに対する比率が１以下（すなわち、外径φ：長さＬ＝１：１以下）となるように設定されている。このヒータ兼用電極２は、感ガス体４を保持することができればよく、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率は、好ましくは１未満、より好ましくは０．２以上１未満である。

【0020】

本実施形態にいう中心軸方向の長さＬとは、ヒータ兼用電極２の中心軸方向の一方の端部側の辺から他方の端部側の辺までの寸法をいう。なお、中心軸方向の長さＬは、感ガス体４に覆われている部分において中心軸に平行な方向の長さとほぼ同じ長さとなるため、これを用いてもよい。

【0021】

具体的に、本実施形態のヒータ兼用電極２は、線径１５μｍの線材を、外径φが１１０μｍ，中心軸方向の長さＬが６５μｍとなるよう巻き回すことで形成されている。すなわち、本実施形態のヒータ兼用電極２の外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率は、０．５９である。

【0022】

また、本実施形態のヒータ兼用電極２は、ターン数が２である。ここで、ターン数は、図２においてａ点からｂ点までを１ターンとし、中心軸方向に見た場合の巻き回数Ｎ（Ｎは自然数）を示す。

【0023】

なお、本実施形態のヒータ兼用電極２は、２ターン以下であるが、後述の変形例のように１ターンであることが好ましい。また、後述の変形例のように３ターンであってもよい。つまり、２ターン以下であることは必須ではない。

【0024】

ヒータ兼用電極２の両端には、それぞれ、リード線５１，５２が設けられている。リード線５１，５２は、感ガス体４の内部から感ガス体４の外部に引き出されるようにして設けられている。リード線５１，５２は、図１に示すように、ベース６１を貫通し当該ベース６１に保持された端子６２，６３に電気的に接続される。これにより、ガスセンサ１は、端子６２，６３に固定される。なお、リード線５１，５２とヒータ兼用電極２とは、別体であってもよいが、本実施形態では、１本の線材により構成されており、一体に形成されている。

【0025】

中心電極３は、ヒータ兼用電極２の中心軸に沿うようにして透孔部２１に通されており、すなわち、ヒータ兼用電極２の内部に通されている。中心電極３は、ヒータ兼用電極２に接触しないように、ヒータ兼用電極２から離れて配置されている。中心電極３は、直線状に形成されており、感ガス体４に埋め込まれている。中心電極３は、たとえば、線径が１０〜２５μｍ（好ましくは１５〜２０μｍ、より好ましくは１５μｍ）の白金や白金合金等の貴金属線からなる線材により構成される。なお、本実施形態の中心電極３は、ヒータ兼用電極２に対し、同じ線径でかつ同じ材質で構成されているが、互いに異なっていてもよい。

【0026】

中心電極３の少なくとも一端には、リード線５３が設けられている。このリード線５３は、感ガス体４の内部から感ガス体４の外部に引き出されるようにして設けられている。本実施形態のガス検知装置は、図１に示すように、リード線５３が端子６４に電気的に接続される。なお、中心電極３において、端子６４に接続された側とは反対側の端部の、感ガス体４から引き出された部分５４は、設けられていなくてもよい。

【0027】

感ガス体４は、ヒータ兼用電極２と中心電極３との間の隙間に充填され、さらに、ヒータ兼用電極２を覆うようにして設けられている。感ガス体４は、金属酸化物半導体を含有し、略球状をなしている。この金属酸化物半導体は、たとえば、酸化スズ，酸化タングステン，酸化インジウム，酸化亜鉛，酸化チタン，チタン酸ストロンチウム，チタン酸バリウム，およびスズ酸バリウムから選択される金属酸化物を含有する。感ガス体４は、たとえば、金属酸化物半導体の粉末を含有する成形材料が焼成されることで形成される。

【0028】

感ガス体４の体積は、ヒータ兼用電極２の大きさに影響されるが、たとえば、０．００１ｍｍ^３以上０．０１ｍｍ^３以下であるが、好ましくは０．００１ｍｍ^３以上０．００３ｍｍ^３以下であり、より好ましくは、０．００１ｍｍ^３以上０．００２ｍｍ^３以下に形成される。

【0029】

なお、本実施形態のヒータ兼用電極２は、線径１５μｍ，外径φ１１０μｍ，中心軸方向の長さＬ６５μｍ，２ターンに設定されており、体積は０．０００６ｍｍ^３である。この場合の感ガス体４の体積は、０．００３ｍｍ^３である。

【0030】

このようなガスセンサ１は、たとえば、次のようにして製造される。ヒータ兼用電極２の内部において、中心軸に沿って中心電極３を通す。このとき、本実施形態のヒータ兼用電極２は、外径φが１４０μｍ以下であり、従来品に比べて小径であるため、中心電極３に接触しやすく、一見すると作業が困難であるようにも思える。しかし、本実施形態のヒータ兼用電極２は、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率が１以下となるように設定されているため、中心電極３が多少傾いても、当該中心電極３に接触しにくいように構成されている。このため、ヒータ兼用電極２の外径φが従来品より小さくても、作業性の低下が抑制でき、この結果、組み立て不良品の発生を抑制できる。

【0031】

次いで、この状態で、中心電極３およびヒータ兼用電極２を覆うようにして成形材料を塗布する。このとき、中心電極３とヒータ兼用電極２とが離れた状態を保ったまま成形材料を塗布し、これにより、中心電極３とヒータ兼用電極２との間の隙間に成形材料を充填すると共に、成形材料でヒータ兼用電極２を覆う。そして、この状態のまま成形材料を加熱し、成形材料を焼結する。これにより、感ガス体４が形成される。

【0032】

このような構成のガスセンサ１は、ヒータ兼用電極２に一定時間通電することで、当該ヒータ兼用電極２を発熱させ、これにより、感ガス体４の温度を対象ガスの検知に適した温度にまで上昇させる。この状態で、ガスセンサ１の感ガス体４が対象ガスに曝露されると、対象ガスの濃度に応じて、端子６２と端子６４との間の抵抗値が変化する。

【0033】

なお、ここでいう端子６２と端子６４との間の抵抗値は、ヒータ兼用電極２と中心電極３との間に介在する感ガス体４の抵抗値を意味する。

【0034】

筐体６は、ベース６１と、このベース６１に取り付けられるキャップ体６５とを備えている。キャップ体６５は、上下方向に開口した筒状に形成されている。キャップ体６５の上部開口（気体取込口）には、たとえば、ステンレス製の金網が設けられている。キャップ体６５の下部開口には、ベース６１が取り付けられる。ガスセンサ１は、この筐体６の内部に配置される。また、気体取込口とガスセンサ１との間には、活性炭やシリカ等のフィルタが装着されている。気体取込口から取り込まれた気体はフィルタを通過し、フィルタを通過した気体は、ガスセンサ１に接触するように構成されている。

【0035】

ガス検知装置は、図３に示すように、ガスセンサ１を駆動する駆動部７と、ガスセンサ１の駆動中の抵抗値に基づいて対象ガスを検知する検出部８とを備えている。

【0036】

駆動部７は、制御部７１と、電源回路７２と、スイッチング素子７３とを備えている。制御部７１は、スイッチング素子７３を制御し、電源回路７２からヒータ兼用電極２に通電して感ガス体４を加熱する。これにより、駆動部７はガスセンサ１を駆動する。制御部７１は、スイッチング素子７３の制御によって、ヒータ兼用電極２へ供給する電力量を調節している。電源回路７２は、一定の電圧の直流電圧を出力する。電源回路７２の正極の出力端は、ガスセンサ１の端子６２に対し、スイッチング素子７３を介して電気的に接続されている。電源回路７２の負極の出力端は、ガスセンサ１の端子６３に対し、電気的に接続されている。つまり、ヒータ兼用電極２には、スイッチング素子７３を介して電源回路７２が電気的に接続されている。

【0037】

検出部８は、ガスセンサ１に電気的に接続されており、ガスセンサ１の抵抗値を検出する。検出部８は、ガスセンサ１の抵抗値に基づいて、燃焼ガス中における対象ガスを検知する。検出部８には、出力部９が接続されている。検出部８は、対象ガスの検出結果に応じて出力部９を制御し、発光ダイオードの点灯状態を変化させたり、ブザーやスピーカに警報音を出力させたりすることによって、検出結果をユーザに通知する。

【0038】

なお、制御部７１および検出部８は、マイコン（マイクロコンピュータ）により構成される。

【0039】

本実施形態のガス検知装置の駆動部７は、ヒータ兼用電極２に対し、間歇的に電力を供給する。本実施形態の駆動部７は、たとえば、１３０ｍＷの電力を０．０６〜０．１秒間（好ましくは、０．１秒間）続けて供給し、その後、２秒〜１時間（本実施形態では２０秒間）電力の供給を停止するように構成されている。

【0040】

ここで、図４に本実施形態のガスセンサ１と、従来のガスセンサ１’とを比較した写真を示す。図４にも明らかなように、本実施形態のガスセンサ１は、従来のガスセンサ１’に比べて、感ガス体４の体積を大幅に小さくすることができた。このため、本実施形態のガスセンサ１は、従来のガスセンサ１に比べて、感ガス体４の熱容量が小さいため、消費電力を小さくすることができる。

【0041】

具体的に、感ガス体４を対象ガスの検知に適した温度に上昇させるための時間として、従来のガスセンサ１では、少なくとも０．３秒必要であったのに対し、本実施形態のガスセンサ１では、０．０６〜０．１秒の加熱時間でよい。したがって、本実施形態のガスセンサ１は、従来のガスセンサ１に比べて、消費電力を小さくすることができ、熱応答性を大幅に改善できる。
＜効果＞
以上、説明したように、本実施形態の半導体式ガスセンサ１は、中心電極３と、ヒータ兼用電極２と、ヒータ兼用電極２と中心電極３とを覆う感ガス体４とを備える。ヒータ兼用電極２は、中心電極３から離れた状態でこの中心電極４の周囲に巻き回されてコイル状に形成される。ヒータ兼用電極２は、外径φが１４０μｍ以下で、かつ、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率が１以下となるように構成されている。

【0042】

このため、本実施形態の半導体式ガスセンサ１によれば、感ガス体４をできる限り小さく形成しようとした場合であっても、製造時において、作業性の低下が抑制でき、組み立て不良品の発生を抑制できる。すなわち、本実施形態のヒータ兼用電極２は、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率が１以下となるように構成されているため、製造時において、中心電極３が傾いた場合であっても、当該中心電極３に接触しにくい。また、中心電極３とヒータ兼用電極２とが接触しないまでも、中心電極３の傾きは、中心電極３とヒータ兼用電極２との距離に影響するため、中心電極３とヒータ兼用電極３との間の感ガス体４の抵抗値（ガスセンサ１の抵抗値）に影響する。ただし、中心電極３とヒータ兼用電極２との距離に対する中心電極３の傾きの影響は、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率が小さいほど、小さくなる。したがって、本実施形態の構成によれば、中心電極３の傾きが生じたとしても、従来のガスセンサ１’に比べてガスセンサ１の抵抗値への影響が小さく、複数個のガスセンサ１間で抵抗値にばらつきが発生するのを抑制できる。

【0043】

しかも、図５Ａに示すように、本実施形態のヒータ兼用電極２は、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率が１以下となるように構成されているため、感ガス体４を球状に近付けることができる。ここで、図５Ｂには参考のために、外径φに対する中心軸方向の長さの比率が１以上となるヒータ兼用電極２’と中心電極３’とを用いた従来のガスセンサ１を示す。したがって、本実施形態のガスセンサ１によれば、ヒータ兼用電極２の中心軸方向の端部の外周部と、感ガス体４の外周面との間の厚みｔを従来品の厚みｔ’に比べて厚くでき、被毒物質の影響を低減することができる。

【0044】

また、本実施形態の半導体式ガスセンサ１は、以下の付加的な構成を有する。すなわち、本実施形態の半導体式ガスセンサ１は、ヒータ兼用電極２のターン数が２以下である。

【0045】

このため、本実施形態の半導体式ガスセンサ１によれば、ヒータ兼用電極２の外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率を極力小さくすることができ、一層、製造時において中心電極３がヒータ兼用電極２に接触しにくくできる。

【0046】

また、本実施形態の半導体式ガスセンサ１は、以下の付加的な構成を有する。すなわち、本実施形態の半導体式ガスセンサ１は、感ガス体４の体積が０．００１ｍｍ^３以上０．０１ｍｍ^３以下である。

【0047】

このため、本実施形態の半導体式ガスセンサ１は、感ガス体４の体積を、従来品に比べて大幅に小さくすることができる。この結果、本実施形態の半導体式ガスセンサ１によれば、従来品に比べて、消費電力を小さくすることができ、熱応答性を大幅に改善できる。

【0048】

また、本実施形態のガス検知装置は、本実施形態の半導体式ガスセンサ１と、半導体式ガスセンサ１を駆動する駆動部７と、半導体式ガスセンサ１の駆動中の抵抗値に基づいて対象ガスを検知する検出部８とを備えている。

【0049】

このため、本実施形態のガス検知装置によれば、従来品に比べて、消費電力や熱応答性に優れたガス検知装置とすることができる。
＜変形例＞
本実施形態のヒータ兼用電極２は、たとえば、以下のような形状をなしていてもよい。以下、順に変形例１，２，３として説明する。

【0050】

変形例１のヒータ兼用電極２は、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、線径が１５μｍ，外径φが１１０μｍ，ターン数１で形成されており、中心軸方向の長さＬが４０μｍに形成される。したがって、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率は約０．３６である。

【0051】

変形例１のヒータ兼用電極２の体積は、０．０００５ｍｍ^３である。この場合の感ガス体４の体積は、０．００２ｍｍ^３となるように設定される。

【0052】

変形例２のヒータ兼用電極２は、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、線径が１５μｍ，外径φが１１０μｍ，ターン数３で形成されており、中心軸方向の長さＬが９０μｍに形成される。したがって、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率は約０．８１である。

【0053】

変形例３のヒータ兼用電極２の体積は、０．０００９ｍｍ^３である。この場合の感ガス体４の体積は、０．００４ｍｍ^３となるように設定される。

【0054】

変形例３のヒータ兼用電極２は、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、線径が１５μｍ，外径φが９０μｍ，ターン数３で形成されており、中心軸方向の長さＬが９０μｍに形成される。したがって、外径φに対する中心軸方向の長さＬの比率は１である。

【0055】

なお、本実施形態および変形例１〜３のヒータ兼用電極２は、ターン間の隙間が一定となるように構成されていたが、それぞれ異なっていてもよく、特に限定されない。
＜試験＞
実施例１として、線径１５μｍ，外径φ１１０μｍ，中心軸方向の長さＬ６５μｍ，ターン数２のヒータ兼用電極を用いたガスセンサを作製した。実施例２として、線径１５μｍ，外径φ１１０μｍ，中心軸方向の長さＬ４０μｍ，ターン数１のヒータ兼用電極を用いたガスセンサを作製した。実施例３として、線径１５μｍ，外径φ１１０μｍ，中心軸方向の長さＬ９０μｍ，ターン数３のヒータ兼用電極を用いたガスセンサを作製した。

【0056】

また、実施例４として、線径１５μｍ，外径φ９０μｍ，中心軸方向の長さＬ６５μｍ，ターン数２のヒータ兼用電極を用いたガスセンサを作製した。実施例５として、線径１５μｍ，外径φ９０μｍ，中心軸方向の長さＬ４０μｍ，ターン数１のヒータ兼用電極を用いたガスセンサを作製した。実施例６として、線径１５μｍ，外径φ９０μｍ，中心軸方向の長さＬ９０μｍ，ターン数３のヒータ兼用電極を用いたガスセンサを作製した。なお、実施例１〜６のヒータ兼用電極および中心電極には、線径１５μｍの白金製の線材を用いた。

【0057】

ヒータ兼用電極は白金により構成されているため、時間ごとのヒータ兼用電極の抵抗を計測することで熱応答性を計測することができる。そこで、これら各ガスセンサに対し、感ガス体の温度が室温から４００℃へ瞬間的に上昇するように、ヒータ兼用電極に電圧を印加し、このときのヒータ兼用電極の抵抗値ＲＨの変化を測定した。

【0058】

また、参考例として、従来品のヒータ兼用電極（線径１５μｍの白金製線材，外径φ２００μｍ，中心軸方向の長さＬ４００μｍ，１０ターン）と中心電極（線径１５μｍの白金製線材）を用いてガスセンサを作製した。この参考例についても上述の試験と同様に、感ガス体の温度が室温から４００℃へ瞬間的に上昇するように、ヒータ兼用電極に電圧を印加し、このときのヒータ兼用電極の抵抗値ＲＨの変化を測定した。

【0059】

また、これら各ガスセンサについて、ヒータ兼用電極に印加する電圧を変化させ、高温時や低温時に、対象ガスに対する感度がどのように変化するかを測定した。各ガスセンサについて、感ガス体を、大気（Ａｉｒ），濃度１０００ｐｐｍのメタン（ＣＨ_４ １０００），濃度１０００ｐｐｍのイソブタン（Ｉ−Ｂ １０００），濃度１０００ｐｐｍの水素（Ｈ_２ １０００），濃度１０００ｐｐｍのエタノール（Ｅｔ １０００）の各雰囲気に曝露し、このときのガスセンサの抵抗値Ｒｓを測定した。

【0060】

図９〜図１２に、試験結果を示す。

【0061】

図９Ａ，図９Ｂ，図１０Ａ，図１０Ｂに熱応答性についての試験結果を示す。図９Ａ，図１０Ａには、外径φ１１０μｍのヒータ兼用電極を用いたガスセンサ（実施例１〜３）の測定結果を示し、図９Ｂ，図１０Ｂには、外径φ９０μｍのヒータ兼用電極を用いたガスセンサ（実施例４〜６）の測定結果を示し、図９Ｃ，図１０Ｃには、参考例の測定結果を示した。なお、図９Ａ〜図９Ｃおよび図１０Ａ〜図１０Ｃのグラフにおいて、横軸は時間（秒）を示し、縦軸はヒータ兼用電極の抵抗値ＲＨ（Ω）を示す。

【0062】

また、図１１，図１２に、ヒータ兼用電極に印加する電圧に対する、各対象ガスの感度を示す。図１１，図１２のグラフにおいて、横軸はヒータ兼用電極に印加する電圧ＶＨ（Ｖ）を示し、縦軸はガスセンサの抵抗値Ｒｓ（ｋΩ）を示す。

【0063】

図９Ａ，図９Ｂ，図１０Ａ，図１０Ｂに記載のグラフからも明らかなように、実施例１〜６のガスセンサは、加熱開始から０．１秒程度でヒータ兼用電極の抵抗値が安定するのに対し、参考例のガスセンサは、ヒータ兼用電極の抵抗値が安定するのに１．２秒程度かかるのがわかる。これにより、実施例１〜６のガスセンサによれば、従来品のガスセンサに比べて、大幅に熱応答性が改善されたのがわかった。

【0064】

また、図１１，１２に記載のグラフからも明らかなように、実施例１〜６のガスセンサは、高温時や低温時に対象ガスに対する感度を示し、一般的な半導体式ガスセンサと同じような特性を示した。

【符号の説明】

【0065】

１ 半導体式ガスセンサ
２ ヒータ兼用電極
２１ 透孔部
３ 中心電極
４ 感ガス体
６ 筐体
６１ ベース
６５ キャップ体
７ 駆動部
７１ 制御部
７２ 電源回路
７３ スイッチング素子
７４ マイコン
８ 検出部
９ 出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】