特開 2024-137714 ガスセンサモジュール及びガス検出機能付き機器

(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】P2024137714

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】ガスセンサモジュール及びガス検出機能付き機器

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/61 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01N21/61

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024009583

(22)【出願日】2024-01-25

(31)【優先権主張番号】P 2023049046

(32)【優先日】2023-03-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165951

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 憲悟

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】益田 征典

(72)【発明者】

【氏名】古屋 貴明

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB01

2G059CC04

2G059CC13

2G059CC15

2G059DD12

2G059EE01

2G059GG02

2G059HH01

2G059JJ03

2G059JJ14

2G059KK01

2G059NN03

(57)【要約】

【課題】耐振動性を高めたガスセンサモジュール及びガス検出機能付き機器が提供される。
【解決手段】ガスセンサモジュール（２０）は、枠部（１４）と、枠部を支持する支持部（１３）と、枠部と支持部とで囲まれた空間であって外気が導入される中空部（１５）と、を備え、中空部に導入された外気に含まれる被検出ガスを検出するガスセンサ（１０）と、支持部と接続される基板（２１）と、を備え、基板は、基板の厚さに対するガスセンサの厚さである第１の比に基板のヤング率に対するガスセンサのヤング率である第２の比を乗じて得られる曲げ剛性評価値が２以上である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

枠部と、前記枠部を支持する支持部と、前記枠部と前記支持部とで囲まれた空間であって外気が導入される中空部と、を備え、前記中空部に導入された前記外気に含まれる被検出ガスを検出するガスセンサと、
前記支持部と接続される基板と、を備え、
前記基板は、前記基板の厚さに対する前記ガスセンサの厚さである第１の比に前記基板のヤング率に対する前記ガスセンサのヤング率である第２の比を乗じて得られる曲げ剛性評価値が２以上である、ガスセンサモジュール。

【請求項2】

前記第１の比は２以上である、請求項１に記載のガスセンサモジュール。

【請求項3】

前記第２の比は２以上である、請求項１又は２に記載のガスセンサモジュール。

【請求項4】

前記基板はポリイミド及び銅を含んで構成される、請求項１又は２に記載のガスセンサモジュール。

【請求項5】

前記ガスセンサは、発光素子と、前記発光素子から出射されて前記中空部を通る光に基づく信号を検出する検出素子と、を備える、請求項１又は２に記載のガスセンサモジュール。

【請求項6】

前記検出素子が受光素子であって、前記ガスセンサがＮＤＩＲ方式である、請求項５に記載のガスセンサモジュール。

【請求項7】

前記被検出ガスが二酸化炭素である、請求項６に記載のガスセンサモジュール。

【請求項8】

請求項１又は２に記載のガスセンサモジュールを備える、ガス検出機能付き機器。

【請求項9】

筐体を備え、
前記ガスセンサモジュールは前記筐体の内部に配置される、請求項８に記載のガス検出機能付き機器。

【請求項10】

前記基板と接続される硬質部を備え、
前記基板は、平面視で前記ガスセンサに重なる部分の少なくとも一部が前記ガスセンサに接続され、
前記硬質部は、前記基板より高いヤング率を有し、
前記硬質部は、平面視で前記ガスセンサに重なる部分の少なくとも一部が前記基板との間に隙間が生じるように、前記基板に接続される、請求項８に記載のガス検出機能付き機器。

【請求項11】

前記硬質部は、平面視で前記ガスセンサに重なる部分の全てが前記基板との間に隙間が生じるように、前記基板に接続される、請求項１０に記載のガス検出機能付き機器。

【請求項12】

平面視で前記ガスセンサの中心を基準として、前記ガスセンサと前記基板の固定点より、前記基板と前記硬質部の固定点の方が外側に位置する、請求項１０に記載のガス検出機能付き機器。

【請求項13】

前記硬質部は、前記基板と異なる別の基板である、請求項１０に記載のガス検出機能付き機器。

【請求項14】

温度、湿度、気圧又は前記外気のいずれかに含まれる粒子を検出する測定装置をさらに備える、請求項９に記載のガス検出機能付き機器。

【請求項15】

バッテリーをさらに備える、請求項９に記載のガス検出機能付き機器。

【請求項16】

前記基板の音響特性インピーダンスをｚｂ、前記硬質部の音響特性インピーダンスをｚｈとして、前記基板と前記硬質部の音響特性インピーダンスの比であるｚｂ／ｚｈが０．６以下である、請求項１０に記載のガス検出機能付き機器。

【請求項17】

前記基板と前記硬質部の音響特性インピーダンスの比であるｚｂ／ｚｈが０．１５以下である、請求項１６に記載のガス検出機能付き機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はガスセンサモジュール及びガス検出機能付き機器に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスを検出するガスセンサが様々な分野で利用されている。半導体技術、ＭＥＭＳ技術の進展に伴いガスセンサの小型化が進み、様々な電子機器の筐体内への搭載が進められている。例えば特許文献１は、発光パネル内の表裏を貫通する孔にガスセンサが組み込まれている情報表示装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－２２７００２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガスセンサは、例えばスマートフォンなどのバッテリー駆動の小型電子機器に搭載されることが求められている。しかし、小型電子機器に内蔵された場合に、例えば落下又は衝突などによる筐体への衝撃（外力）によってガスセンサに振動が伝わり、ガスセンサにかかる応力となり得る。ガスセンサに応力がかかると出力特性が変動する。振動によって測定精度を低下させないために、ガスセンサの耐振動性を高める技術が求められている。

【0005】

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、耐振動性を高めたガスセンサモジュール及びガス検出機能付き機器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示の一実施形態に係るガスセンサモジュールは、
枠部と、前記枠部を支持する支持部と、前記枠部と前記支持部とで囲まれた空間であって外気が導入される中空部と、を備え、前記中空部に導入された前記外気に含まれる被検出ガスを検出するガスセンサと、
前記支持部と接続される基板と、を備え、
前記基板は、前記基板の厚さに対する前記ガスセンサの厚さである第１の比に前記基板のヤング率に対する前記ガスセンサのヤング率である第２の比を乗じて得られる曲げ剛性評価値が２以上である。

【0007】

（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記第１の比は２以上である。

【0008】

（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記第２の比は２以上である。

【0009】

（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記基板はポリイミド及び銅を含んで構成される。

【0010】

（５）本開示の一実施形態として、（１）から（４）のいずれかにおいて、
前記ガスセンサは、発光素子と、前記発光素子から出射されて前記中空部を通る光に基づく信号を検出する検出素子と、を備える。

【0011】

（６）本開示の一実施形態として、（５）において、
前記検出素子が受光素子であって、前記ガスセンサがＮＤＩＲ方式である。

【0012】

（７）本開示の一実施形態として、（５）又は（６）において、
前記被検出ガスが二酸化炭素である。

【0013】

（８）本開示の一実施形態に係るガス検出機能付き機器は、
（１）又は（２）のガスセンサモジュールを備える。

【0014】

（９）本開示の一実施形態として、（８）において、
筐体を備え、
前記ガスセンサモジュールは前記筐体の内部に配置される。

【0015】

（１０）本開示の一実施形態として、（８）において、
前記基板と接続される硬質部を備え、
前記基板は、平面視で前記ガスセンサに重なる部分の少なくとも一部が前記ガスセンサに接続され、
前記硬質部は、前記基板より高いヤング率を有し、
前記硬質部は、平面視で前記ガスセンサに重なる部分の少なくとも一部が前記基板との間に隙間が生じるように、前記基板に接続される。

【0016】

（１１）本開示の一実施形態として、（１０）において、
前記硬質部は、平面視で前記ガスセンサに重なる部分の全てが前記基板との間に隙間が生じるように、前記基板に接続される。

【0017】

（１２）本開示の一実施形態として、（１０）において、
平面視で前記ガスセンサの中心を基準として、前記ガスセンサと前記基板の固定点より、前記基板と前記硬質部の固定点の方が外側に位置する。

【0018】

（１３）本開示の一実施形態として、（１０）において、
前記硬質部は、前記基板と異なる別の基板である。

【0019】

（１４）本開示の一実施形態として、（９）において、
温度、湿度、気圧又は前記外気のいずれかに含まれる粒子を検出する測定装置をさらに備える。

【0020】

（１５）本開示の一実施形態として、（９）において、
バッテリーをさらに備える。

【0021】

（１６）本開示の一実施形態として、（１０）において、
前記基板の音響特性インピーダンスをｚｂ、前記硬質部の音響特性インピーダンスをｚｈとして、前記基板と前記硬質部の音響特性インピーダンスの比であるｚｂ／ｚｈが０．６以下である。

【0022】

（１７）本開示の一実施形態として、（１６）において、
前記基板と前記硬質部の音響特性インピーダンスの比であるｚｂ／ｚｈが０．１５以下である。

【発明の効果】

【0023】

本開示の実施形態によれば、耐振動性を高めたガスセンサモジュール及びガス検出機能付き機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係るガスセンサモジュールを備えるガス検出機能付き機器の概略構成を示す断面図である。

【図2】図２は、ガスセンサを説明するための図である。

【図3】図３は、図１のガス検出機能付き機器のバネ等価モデルを示す図である。

【図4】図４は、基板の伸びに対するガスセンサの伸びの計算値を示す図である。

【図5】図５は、音響特性インピーダンスの比とエネルギー反射率との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態が説明される。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものである。例えば厚さと幅との関係等は現実のものと異なる。また、以下に示す実施形態は、本開示の技術的思想を具体化するための装置を例示するものであって、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに限定するものでない。

【0026】

図１は、本実施形態に係るガス検出機能付き機器１（以下、単に「機器１」と称されることがある）の構成を示す図である。ガス検出機能とは、例えば検出対象である被検出ガスの外気中の濃度を検出する機能である。機器１は、筐体と、筐体の内部に配置されるガスセンサモジュール２０と、を備える。筐体は、機器１の外装である。ここで、ガスセンサモジュール２０は、ガスセンサ１０と、基板２１と、を備える。基板２１は硬質部３０に接続されるが、硬質部３０が筐体であってよい。

【0027】

本実施形態において、機器１は、バッテリー駆動の小型の電子機器である。すなわち、本実施形態において、機器１はさらにバッテリーも備える。また、機器１はガス検出の専用機でなくてよい。すなわち、機器１は、追加的な機能としてガス検出を実行できる様々な装置であってよい。具体例として、機器１は、スマートフォン、タブレット又はノートパソコンなどであってよい。ガスセンサ１０は、例えば体積が１０００ｍｍ^３以下であって、基板２１と合わせても厚さ（高さ）が８ｍｍ以下であるため、スマートフォンなどの小型電子機器であっても内蔵可能である。また、ガスセンサモジュール２０が十分に小型であるため、機器１はガスセンサモジュール２０だけでなく、他の測定装置をさらに備えてよい。他の測定装置は例えば温度、湿度、気圧又は外気に含まれる粒子を検出する装置であってよい。

【0028】

また、本実施形態に係るガスセンサモジュール２０は、上記のように、ガスセンサ１０と、基板２１と、を備える。ガスセンサ１０は、枠部１４と、支持部１３と、中空部１５と、を備える。枠部１４は、ガスセンサ１０の枠部分を構成する部材である。支持部１３は枠部１４を支持する部材である。中空部１５は、枠部１４と支持部１３とで囲まれた空間であって外気が導入される。枠部１４及び支持部１３の少なくとも一方に、外気が通るための孔が設けられていてよい。ガスセンサ１０は、中空部１５に導入された外気に含まれる被検出ガスを検出する。基板２１は、ガスセンサ１０の支持部１３と接続される。ここで、基板２１とガスセンサ１０との接続とは、電気的な接続を含めばよく、本実施形態においてガスセンサ１０の基板２１に対する位置を定める（固定する）接続及び電気的な接続を含む。また、接続され、固定された部分は固定点と定義される。

【0029】

ここで、図１には、図２と共通の直交座標が示されている。ｚ軸方向は、ガスセンサ１０と基板２１とが積層される方向であって、積層方向と称することができる。ｚ軸方向は、ガスセンサ１０の厚さ方向（高さ方向）でもある。ｘ軸方向は、ガスセンサ１０の幅方向に対応する。また、ｙ軸方向は、ガスセンサ１０の奥行き方向に対応する。以下において、ｚ軸正方向に位置する場合を上と、ｚ軸負方向に位置する場合を下として、相対的な位置関係を説明することがある。例えば図１のガスセンサ１０、基板２１及び硬質部３０の位置関係は、ガスセンサ１０が基板２１の上にあり、硬質部３０が基板２１の下にある。また、ｘｙ平面を正面から見る見方を、以下において平面視と称することがある。例えば、ｚ軸負方向に向かう視線で、ガスセンサ１０を透過させて、基板２１の主面の状態を説明する場合の見方は平面視である。ここで、主面は最も面積の大きい面である。

【0030】

ここで、図２を参照して、ガスセンサ１０の構成の詳細が説明される。本実施形態において、ガスセンサ１０は、発光素子１１と、発光素子１１から出射されて中空部１５を通る光に基づく信号を検出する検出素子１２と、を備える。さらに具体的に述べると、検出素子１２が受光素子であって、ガスセンサ１０はＮＤＩＲ（Ｎｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ＩｎｆｒａＲｅｄ）方式である。ＮＤＩＲ方式は、ガスの種類によって吸収される赤外線の波長が異なることを利用し、この吸収量を検出することにより被検出ガスのガス濃度を測定する。被検出ガスは、本実施形態において二酸化炭素（ＣＯ_２）であるが、これに限定されず、別の例としてアルコール（エタノール等）、メタン、プロパン、水素、エチレン、ＭＣＨ（メチルシクロヘキサン）などの可燃性ガスであってよい。また、一酸化炭素、硫化水素、ホルムアルデヒド、アンモニアなどの毒性ガスであってよい。さらに、一酸化二窒素、エアコンや冷蔵庫などに使用される冷媒ガスなどの温室効果ガスであってよい。本実施形態において、被検出ガス（ＣＯ_２）によって吸収された後の赤外線が、発光素子１１から出射されて中空部１５を通る光に基づく信号に対応する。

【0031】

発光素子１１は、測定対象のガスによって吸収される波長を含む光を出力する。発光素子１１は、具体的な例として、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）光源であってよい。本実施形態において、発光素子１１は赤外線ＬＥＤである。赤外線の波長は、本実施形態においてＣＯ_２の吸収帯である４．３μｍであるが、例えば２μｍ～１２μｍの範囲において被検出ガスに応じて選択されればよい。

【0032】

受光素子は、測定対象のガスによって吸収される波長を含む光の帯域に感度を有する。受光素子は、具体的な例として、ＰＩＮ構造を持ったフォトダイオードのような量子型センサであってよい。本実施形態において、受光素子は量子型赤外線センサである。

【0033】

また、発光素子１１から出射された光を反射して受光素子に入射させるように、枠部１４の中空部１５の側の面に反射部が設けられていてよい。反射部は、発光素子１１から受光素子まで光を導く導光部として機能する。反射部は例えば凹面鏡であって、反射面が例えばアルミ及び金などの高い反射率を有する金属で構成されてよい。

【0034】

また、ガスセンサ１０は光の波長を制限するフィルタ１６を備えてよい。図２の例において、フィルタ１６は発光素子１１に設けられているが、光路上にあればよく、例えば発光素子１１、受光素子及び導光部の少なくとも１つに設けられていればよい。

【0035】

支持部１３は、枠部１４を支持するとともに、フィルタ１６の土台部分と発光素子１１及び受光素子１２を封止するモールド樹脂であってよい。また、支持部１３は、発光素子１１及び受光素子１２が接続される一般的なプリント基板であってよい。また、支持部１３は、内部に電気的配線を通してよい。また、支持部１３は、受光素子から出力される検出信号に基づいてガス濃度を演算する演算装置なども封止又は接続してよい。

【0036】

再び、図１を参照すると、ガスセンサモジュール２０は、機器１の部材である硬質部３０に接続されて、筐体内に収容される。硬質部３０は、例えば機器１の筐体又は基板２１と異なる別の基板である。ここで、例えば機器１の落下又は衝突などによって筐体に外力が加わると、硬質部３０を介してガスセンサ１０に振動が伝わり、ガスセンサ１０にかかる応力となり得る。ガスセンサ１０に応力がかかると出力特性が変動し、測定精度を低下させる。ガスセンサ１０における振動を低減させる方途について鋭意究明したところ、以下に説明するように、基板２１の厚さ及びヤング率がガスセンサ１０に対して所定の関係を有する場合に、ガスセンサ１０に振動が伝わりにくくなることを見出した。

【0037】

具体的には、発明者らがガスセンサ１０、基板２１及び硬質部３０をモデル化してシミュレーションによって検証したところ、ガスセンサ１０と基板２１の断面積及び弾性率の比によって、ガスセンサ１０にかかる歪みが変化することがわかった。断面積は、図１に示すｙｚ平面に平行な仮想の面（ＣＬ）で切った断面の面積としてよい。ＣＬは、ｘ軸方向においてガスセンサ１０の幅の中間位置、すなわちガスセンサ１０の幅方向の中点に位置するとしてよい。シミュレーションによると、ガスセンサ１０の断面積に対して基板２１の断面積が小さいと、ガスセンサ１０に伝わる振動が小さくなる傾向が見られた。また、シミュレーションによると、ガスセンサ１０の弾性率に対して基板２１の弾性率が小さい、すなわち基板２１が相対的に変形しやすいと、ガスセンサ１０に伝わる振動が小さくなる傾向が見られた。これは、振動がより伝わりやすい部分に伝わることに起因すると考えられる。

【0038】

ここで、ガスセンサモジュール２０において、小型化の観点から、奥行き方向の長さ（ｙ軸方向の長さ）は、ガスセンサ１０と基板２１とでほぼ同じであることが多い。したがって、ガスセンサ１０と基板２１の断面積の比は、厚さの比に置き換えることができる。また、弾性率については、主に曲げ剛性が振動に影響するため、ヤング率で示すことができる。そこで、ガスセンサ１０に対する基板２１の断面積及び弾性率の比を数値で示すことが可能であるように、基板２１についての曲げ剛性評価値を導入する。曲げ剛性評価値（ＥＶ）は、基板２１の厚さ（Ｔｂ）に対するガスセンサ１０の厚さ（Ｔｓ）である第１の比（Ｒ１）に、基板２１のヤング率（Ｅｂ）に対するガスセンサ１０のヤング率（Ｅｓ）である第２の比（Ｒ２）、及び、基板２１の幅（Ｗｂ）に対するガスセンサ１０の幅（Ｗｓ）である第３の比（Ｒ３）を乗じて得られる。すなわち、曲げ剛性評価値は、ＥＶ＝Ｒ１×Ｒ２×Ｒ３＝（Ｔｓ／Ｔｂ）×（Ｅｓ／Ｅｂ）×（Ｗｓ／Ｗｂ）によって算出される。換言すると、ＥＶとは基板２１とガスセンサ１０の硬さの比であり、ＥＶの値が大きいほど基板２１がガスセンサ１０に対し相対的に柔らかいことを示す。ここで、幅とは図１における紙面奥行方向の長さである。

【0039】

上記の曲げ剛性評価値に関し、図３は、図１の機器１のバネ等価モデルを示す。以下、図３を参照しながら、バネ等価モデルが詳細に説明される。バネｋｈは硬質部３０と基板２１との２か所の接続部分の間における硬質部３０の一部をモデル化したものである。バネｋｓはガスセンサ１０をモデル化したものである。バネｋｂ１とバネｋｂ２は、それぞれ左又は右の、硬質部３０と接続された部分とガスセンサ１０と接続された部分との間における基板２１の一部をモデル化したものである。また、バネｋｂ３は、ガスセンサ１０と基板２１との２か所の接続部分の間における基板２１の一部をモデル化したものである。

【0040】

硬質部３０が圧力、衝撃又は音等の影響によって変形する場合にバネｋｈが伸び縮みするが、このときのバネｋｈの変位量を変位量Ｘとする。この場合に、バネｋｓ、バネｋｂ１、バネｋｂ２及びバネｋｂ３の錬成バネＫは同量である変位量Ｘの伸び縮みをする。錬成バネＫにおける各バネが伸び縮みする変位量は、各バネの剛性により決定される。ここで、ガスセンサの変位量がｘｓ、バネｋｓのバネ定数がｋ_ｋｓ、バネｋｂ１のバネ定数がｋ_ｋｂ１、バネｋｂ２のバネ定数がｋ_ｋｂ２、バネｋｂ３のバネ定数がｋ_ｋｂ３、錬成バネＫのバネ定数がｋ_Ｋであるとする。硬質部３０が圧力、衝撃又は音等の影響によって衝撃力Ｆを受けたとすると、バネ同士にかかる力は釣り合う。そのため、錬成バネＫにかかる力とガスセンサ１０にかかる力は等価となる。すなわち、以下の式（ａ）となるので、式（ｂ）と表すことができる。

【0041】

【数1】

【0042】

ここで、ｘｓ／Ｘは、基板の伸びに対するガスセンサの伸びに相当する。簡単な系として、Ｌｂ＝３Ｌｓとしてガスセンサの３倍の長さの基板の中央にガスセンサを固定し、ｋ_ｋｂ１＝ｋ_ｋｂ２＝ｋ_ｋｂとなる系について以下に検討が行われる。このとき、ガスセンサの材料に対して基板の材料が十分に柔らかい（ｋ_ｋｓ＞＞ｋ_ｋｂ３）と仮定すると、式（ｃ）と表すことができる。

【0043】

【数2】

【0044】

さらに、錬成バネＫは、以下の式（ｄ）となるので、式（ｅ）と表すことができる。

【0045】

【数3】

【0046】

よって、以下の式（ｆ）が成り立つ。

【0047】

【数4】

【0048】

各バネのバネ定数は、各バネとしてモデル化されている部材の断面積とヤング率の積を長さで割って得ることができる。つまり、以下の式（ｇ）となるので、式（ｈ）と表すことができる。

【0049】

【数5】

【0050】

さらに曲げ剛性評価値ＥＶを用いて、以下の式（ｉ）と記述することができ、式（ｊ）となる。

【0051】

【数6】

【0052】

つまり曲げ剛性評価値ＥＶが大きく、ガスセンサ１０に対して基板２１が柔らかいほど、ガスセンサ１０に伝わる変位及び振動が小さくなることを示す。例えば、バネｋｂ１とバネｋｂ２がバネｋｓより十分柔らかい場合に、ＥＶが大きくなり、ｘｓ／Ｘの値は小さくなる。このとき、バネｋｂ１とバネｋｂ２の合計変位量が変位量Ｘとほぼ等しくなり、バネｋｓとバネｋｂ３の変位量は近似的に０となる。つまりガスセンサ１０に変位を生じさせないようすることができ、振動の抑制効果が発揮される。すなわち、バネｋｂ１とバネｋｂ２に相当する部分が振動の抑制効果を発揮するために重要となる。このような構造とするために、ガスセンサ１０と基板２１との接続部より、基板２１と硬質部３０の接続部の方が、上面視で外側にある必要がある。換言すると、平面視でガスセンサ１０の中心を基準として、ガスセンサ１０と基板２１の固定点より、基板２１と硬質部３０の固定点の方が外側に位置する必要がある。図４は基板２１の伸び（変位）に対するガスセンサ１０の伸びのいくつかの計算値を例示する。

【0053】

ここで、ガスセンサ１０と基板２１の厚さは、図１のＣＬ、すなわちガスセンサ１０における幅方向の中点で測定されてよいが、測定位置が限定されるものでない。特に基板２１の厚さについて、図１は一例を示すものであり、別の例としてバネｋｂ１とバネｋｂ２に対応する部分で測定されてよい。基板２１が均一な厚さではない場合に、最も薄い部分の値が基板２１の厚さとして用いられてよい。また、ガスセンサ１０と基板２１のヤング率は、実験などによって公知の手法で実測されてよい。この場合に、図１のＣＬ、すなわち幅方向の中点におけるヤング率の値が代表して用いられてよい。ただし、ヤング率についても、上記の厚さと同様に幅方向の中点における値に限定されるものでなく、幅方向の中点以外の位置の値が代表して用いられてよい。別の手法として、基板２１のヤング率は、基板２１の材質などから計算によって求められてよい。また、ガスセンサ１０のヤング率は、支持部１３を主要な部分と扱って、支持部１３の材質などから計算によって求められてよい。

【0054】

基板２１について、曲げ剛性評価値が所定値以上であれば、ガスセンサ１０に伝わる振動を小さくすることができる。つまり、ガスセンサモジュール２０において、曲げ剛性評価値が２以上の基板２１が用いられる。曲げ剛性評価値は、２以上であればよいが、一例として２又は２以上の正数である。例えば、第１の比（Ｒ１＝Ｔｓ／Ｔｂ）が２以上である場合に、基板２１の厚さはガスセンサ１０の半分以下であって、振動を伝えにくくする効果が十分に発揮されると考えられる。また、例えば、第２の比（Ｒ２＝Ｅｓ／Ｅｂ）が２以上である場合に、基板２１のヤング率はガスセンサ１０の半分以下であって、振動を伝えにくくする効果が十分に発揮されると考えられる。ここで、第１の比、第２の比及び第３の比において必ずしも閾値（上記の例で２）を設定する必要はない。すなわち、第１の比が十分に大きければ、第２の比又は第３の比が例えば１に近くても、振動を伝えにくくする効果が発揮され得る。また、第２の比が十分に大きければ、第１の比又は第３の比が例えば１に近くても、振動を伝えにくくする効果が発揮され得る。したがって、第１の比と第２の比と第３の比を乗じて得られる曲げ剛性評価値が所定値以上であればよい。曲げ剛性評価値の所定値は、２以上であればよいが、１０以上であることが望ましい。曲げ剛性評価値の所定値は、１００以上であることがさらに望ましく、１×１０^３以上であることがさらに望ましい。曲げ剛性評価値の所定値は、１×１０^４以上であることがさらに望ましく、１×１０^５以上であることがさらに望ましい。ここで、曲げ剛性評価値が大きすぎる場合、すなわちガスセンサ１０よりも基板が極端に柔らかい場合、基板は大ひずみを起こし、基板２１とガスセンサ１０との接続が弱くなる。その結果、衝撃がおこった際に接続部分が破損する可能性がある。破損を防ぐ観点からは、曲げ剛性評価値は、１×１０^７以下であることが望ましく、１×１０^６以下であることがさらに望ましい。

【0055】

またガスセンサ１０に伝わる振動は、例えば筐体又は他の基板である硬質部３０において発生又は伝達される落下又は持ち歩きにより発生する衝撃、音等である。この振動は基板２１を介してガスセンサ１０に伝達される。つまり硬質部３０から基板２１へ振動が伝わらなければガスセンサ１０への振動を低減することができるが、振動の低減は硬質部３０と基板２１の音響特性インピーダンスの差が大きいことで達成される。すなわち硬質部３０と基板２１の音響特性インピーダンスの差が大きい場合に、振動は硬質部３０と基板２１の接続部で反射が起こり、基板２１へ振動の侵入が抑制される。硬質部３０の密度をρｈ、硬質部３０の音速をｃｈ、基板２１の密度をρｂ、基板２１の音速をｃｂとすると、硬質部３０の音響特性インピーダンスｚｈはｚｈ＝ρｈ×ｃｈである。また、基板２１の音響特性インピーダンスｚｂはｚｂ＝ρｂ×ｃｂである。硬質部３０と基板２１の接続部でのエネルギー反射率Ｒは、以下の式（１）で表すことができる。

【0056】

【数7】

【0057】

図５はエネルギー反射率Ｒの数値計算結果を示す。基板２１と硬質部３０の音響特性インピーダンスの比である（ｚｂ／ｚｈ）が０．６以下でエネルギー反射率Ｒが立ち上がりはじめ、（ｚｂ／ｚｈ）が約０．１５以下でエネルギー反射率Ｒが５０％を上回って、振動を伝えにくくする効果が発揮され得る。ここで、各媒質ｉでの音速ｃ_ｉは、媒質ｉでのヤング率Ｅ_ｉ、密度ρ_ｉ、ポアソン比μ_ｉ、を用いて、以下の式（２）で与えられる。

【0058】

【数8】

【0059】

例えば、硬質部３０が柔らかい金属であるアルミニウムであり、基板２１がフレキシブル基板であるとき、アルミニウムのヤング率は７５．５ＧＰａである。また、フレキシブル基板の材料であるポリイミドのヤング率は５ＧＰａである。上記の音響特性インピーダンスの比である（ｚｂ／ｚｈ）は約０．０６６である。また、エネルギー反射率Ｒは７６．７％であり、大きな振動抑制効果が発揮される。図５は、音響特性インピーダンスの比（ｚｂ／ｚｈ）とエネルギー反射率Ｒとの関係を示す。

【0060】

ここで、曲げ剛性評価値を十分に小さくする構成として、基板２１がフレキシブル基板であってよい。フレキシブル基板は、薄くて柔軟であり、例えばポリイミド及び銅を含んで構成される。また、基板２１が硬質部３０に接続されるが、硬質部３０は例えば筐体又は他の基板であって、少なくとも基板２１より高いヤング率を有する。もし基板２１が硬質部３０の上に空間を設けることなく固定されると、基板２１による柔軟性が発揮されずに、外力による振動が直接的にガスセンサ１０に伝わる。そのため、図１に示すように、基板２１は隙間３１が生じるように（空間を設けて）、固定点を通して硬質部３０に接続される。本明細書において、隙間３１は、力学的に接続されていない部分であると定義される。例えば接触していても物理的に固定されていない部分は、隙間３１に含まれる。図１の例では、基板２１は、平面視でガスセンサ１０に重なる部分の全てが硬質部３０との間に隙間３１を有するように、固定点を通して硬質部３０に接続されている。ここで、基板２１は、平面視でガスセンサ１０に重なる部分の全てでなく、少なくとも一部が硬質部３０との間に隙間３１を有するように、固定点を通して硬質部３０に接続されていればよい。また、基板２１と硬質部３０とを接続する固定点は、半田又は接着剤などで接着してよいし、ソケットピン、ネジ又は磁石などで取り外し可能な状態で接続してよい。

【0061】

本実施形態に係るガスセンサモジュール２０及びガス検出機能付き機器１は、上記の構成によって、ガスセンサ１０へ伝わる振動を低減して、耐振動性を高めることができる。したがって、本実施形態に係るガスセンサモジュール２０及びガス検出機能付き機器１は、持ち運びされる（固定して設置されるものでない）バッテリー駆動の小型電子機器への搭載に特に適している。

【0062】

以上、実施形態を諸図面及び実施例に基づき説明したが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意すべきである。

【0063】

上記の実施形態において、ガスセンサ１０がＮＤＩＲ方式であって、検出素子１２が受光素子であるとして説明したが、ガスセンサ１０は別の構成であってよい。例えばガスセンサ１０は光音響方式であってよい。このとき、検出素子１２が例えばマイクで構成される。光音響方式では、光を吸収したガス分子の振動を高性能なマイクで音として拾うことでガス濃度を測定する。

【符号の説明】

【0064】

１ ガス検出機能付き機器
１０ ガスセンサ
１１ 発光素子
１２ 検出素子
１３ 支持部
１４ 枠部
１５ 中空部
１６ フィルタ
２０ ガスセンサモジュール
２１ 基板
３０ 硬質部
３１ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】