JP2001021515A - ガスセンサ及びガス検出方法 - Google Patents
ガスセンサ及びガス検出方法Info
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- JP2001021515A JP2001021515A JP19030499A JP19030499A JP2001021515A JP 2001021515 A JP2001021515 A JP 2001021515A JP 19030499 A JP19030499 A JP 19030499A JP 19030499 A JP19030499 A JP 19030499A JP 2001021515 A JP2001021515 A JP 2001021515A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 線径１５μｍのＰｔ−Ｗ線を、直径２００〜
２５０μｍのＳｎＯ２ビーズに埋設する。中心電極も同
様にＰｔ−Ｗ１５μｍとする。 【効果】 消費電力と突入電流が小さく、熱時定数が短
く、製造時の作業性に優れて、ヒータ抵抗の大きなガス
センサが得られる。
２５０μｍのＳｎＯ２ビーズに埋設する。中心電極も同
様にＰｔ−Ｗ１５μｍとする。 【効果】 消費電力と突入電流が小さく、熱時定数が短
く、製造時の作業性に優れて、ヒータ抵抗の大きなガス
センサが得られる。
Description
【０００１】
【発明の利用分野】この発明は、金属酸化物半導体を用
いた低消費電力型ガスセンサや、それを用いたガス検出
装置に関する。
いた低消費電力型ガスセンサや、それを用いたガス検出
装置に関する。
【０００２】
【従来技術】出願人は、ビーズ状の金属酸化物半導体の
内部にコイル状のヒータ兼用電極を埋設したガスセンサ
を提案した（実開昭６１−１８９２５６〜２５７、特開
昭６１−２６４２４６）。例えばヒータコイルに線径２
０μｍの白金線を用い、金属酸化物半導体にはＳｎＯ２
を用いて、中心電極をコイルの中心に一致するように金
属酸化物半導体のビーズ内に埋設する。
内部にコイル状のヒータ兼用電極を埋設したガスセンサ
を提案した（実開昭６１−１８９２５６〜２５７、特開
昭６１−２６４２４６）。例えばヒータコイルに線径２
０μｍの白金線を用い、金属酸化物半導体にはＳｎＯ２
を用いて、中心電極をコイルの中心に一致するように金
属酸化物半導体のビーズ内に埋設する。
【０００３】しかしながらこのようなセンサは、消費電
力が１２０ｍＷ程度と大きく（実開昭６１−１８９２５
６）、ヒータ兼用電極のコイル抵抗が低いため駆動が難
しい。コイルをステムに溶接する際や、金属酸化物半導
体をコイルに塗布して乾燥させる際や焼結する際に、コ
イルが変形しやすい。またコイルの内部に挿通した中心
電極の位置が狂いやすい。これらのことは、センサの抵
抗値が著しくばらつく原因となる。さらにヒータをオン
オフ駆動すると、突入電流が大きいため、電源容量を大
きくする必要がある。これらのため、このようなガスセ
ンサは生産性が低く、特性のばらつきが大きく、消費電
力もさして小さくはなく、さらに駆動が難しい。
力が１２０ｍＷ程度と大きく（実開昭６１−１８９２５
６）、ヒータ兼用電極のコイル抵抗が低いため駆動が難
しい。コイルをステムに溶接する際や、金属酸化物半導
体をコイルに塗布して乾燥させる際や焼結する際に、コ
イルが変形しやすい。またコイルの内部に挿通した中心
電極の位置が狂いやすい。これらのことは、センサの抵
抗値が著しくばらつく原因となる。さらにヒータをオン
オフ駆動すると、突入電流が大きいため、電源容量を大
きくする必要がある。これらのため、このようなガスセ
ンサは生産性が低く、特性のばらつきが大きく、消費電
力もさして小さくはなく、さらに駆動が難しい。
【０００４】
【発明の課題】この発明の課題は、ヒータオンオフ時の
突入電流が小さく、小型化と省電力化ができ、かつヒー
タ抵抗が大きいため駆動が容易で、製造の作業性に優れ
たガスセンサと、これを用いたガス検出装置を提供する
ことにある（請求項１〜５）。
突入電流が小さく、小型化と省電力化ができ、かつヒー
タ抵抗が大きいため駆動が容易で、製造の作業性に優れ
たガスセンサと、これを用いたガス検出装置を提供する
ことにある（請求項１〜５）。
【０００５】
【発明の構成】この発明は、ビーズ状の金属酸化物半導
体に、コイル状のヒータ兼用電極を、該ビーズの中心と
該コイルの中心とが一致するように埋設したガスセンサ
において、前記ヒータ兼用電極がＰｔ−Ｗ線またはＰｔ
−Ｍｏ線からなリ、その線径が１０〜２０μｍであるこ
とを特徴とする。なおＰｔ−ＭｏはＰｔ−Ｗに酷似した
線材であり、両者は同等の線材である。
体に、コイル状のヒータ兼用電極を、該ビーズの中心と
該コイルの中心とが一致するように埋設したガスセンサ
において、前記ヒータ兼用電極がＰｔ−Ｗ線またはＰｔ
−Ｍｏ線からなリ、その線径が１０〜２０μｍであるこ
とを特徴とする。なおＰｔ−ＭｏはＰｔ−Ｗに酷似した
線材であり、両者は同等の線材である。
【０００６】好ましくは、前記ヒータ兼用電極のコイル
の中心線に沿って、線径１０〜２０μｍのＰｔ系中心電
極を埋設し、中心電極はＰｔ線でも良いが、好ましくは
Ｐｔ−Ｗ線またはＰｔ−Ｍｏ線とする。
の中心線に沿って、線径１０〜２０μｍのＰｔ系中心電
極を埋設し、中心電極はＰｔ線でも良いが、好ましくは
Ｐｔ−Ｗ線またはＰｔ−Ｍｏ線とする。
【０００７】さらに好ましくは、前記中心電極とヒータ
兼用電極の線径をいずれも１０〜２０μｍ、より好まし
くは１０〜１６μｍとし、ヒータ兼用電極のコイルのタ
ーン数が３〜１０ターン、かつ前記ビーズの体積を２０
×１０−３mm３以下とする。
兼用電極の線径をいずれも１０〜２０μｍ、より好まし
くは１０〜１６μｍとし、ヒータ兼用電極のコイルのタ
ーン数が３〜１０ターン、かつ前記ビーズの体積を２０
×１０−３mm３以下とする。
【０００８】特に好ましくは、前記中心電極とヒータ兼
用電極の線径がいずれも１０〜１６μｍで、ヒータ兼用
電極のコイルのターン数が３〜８ターン、かつ前記ビー
ズの体積を１２×１０−３mm３以下とし、ビーズ形状を
球状とする。
用電極の線径がいずれも１０〜１６μｍで、ヒータ兼用
電極のコイルのターン数が３〜８ターン、かつ前記ビー
ズの体積を１２×１０−３mm３以下とし、ビーズ形状を
球状とする。
【０００９】またこの発明は、請求項３または４のガス
センサをパルス的に加熱するガス検出装置にある。
センサをパルス的に加熱するガス検出装置にある。
【００１０】
【発明の作用と効果】請求項１の発明では、ヒータ材料
に線径１０〜２０μｍ（なお以下で、線径に関する数値
は直径を意味するものとする）のＰｔ−Ｗ線またはＰｔ
−Ｍｏ線を用いる。Ｐｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線は抵抗温
度係数が小さいため、ヒータをオフからオンした際の突
入電流が小さく、電源容量を小さくできる。また突入電
流が小さいため、電池電源で駆動する際に電池の寿命を
長くできる。図６にＰｔ線とＰｔ−Ｗ線との電圧／電流
特性の例を示し、図７に突入電流の波形の例を示す。
に線径１０〜２０μｍ（なお以下で、線径に関する数値
は直径を意味するものとする）のＰｔ−Ｗ線またはＰｔ
−Ｍｏ線を用いる。Ｐｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線は抵抗温
度係数が小さいため、ヒータをオフからオンした際の突
入電流が小さく、電源容量を小さくできる。また突入電
流が小さいため、電池電源で駆動する際に電池の寿命を
長くできる。図６にＰｔ線とＰｔ−Ｗ線との電圧／電流
特性の例を示し、図７に突入電流の波形の例を示す。
【００１１】Ｐｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線は抵抗値が高い
ため、ヒータ抵抗を大きくでき、駆動が容易になる。ま
た抵抗値が高いため、小さなターン数でも必要なヒータ
抵抗が得られ、この結果、ターン数を小さくして、ある
いはコイルの径を小さくして、ビーズを小さくできる。
そしてセンサの小型化ができ、かつＰｔ−Ｗ線は熱伝導
率が小さいので、省電力のガスセンサとなる。
ため、ヒータ抵抗を大きくでき、駆動が容易になる。ま
た抵抗値が高いため、小さなターン数でも必要なヒータ
抵抗が得られ、この結果、ターン数を小さくして、ある
いはコイルの径を小さくして、ビーズを小さくできる。
そしてセンサの小型化ができ、かつＰｔ−Ｗ線は熱伝導
率が小さいので、省電力のガスセンサとなる。
【００１２】さらにＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線はＰｔ線
に比べて剛性が高いので、コイルが変形しにくい。この
ためコイルをステムなどに固定する際や、ビーズの乾燥
時や焼結時にコイルが変形することが少なく、ばらつき
の少ないガスセンサが得られる。そして剛性が高いた
め、製造が容易である。
に比べて剛性が高いので、コイルが変形しにくい。この
ためコイルをステムなどに固定する際や、ビーズの乾燥
時や焼結時にコイルが変形することが少なく、ばらつき
の少ないガスセンサが得られる。そして剛性が高いた
め、製造が容易である。
【００１３】請求項２の発明では、コイルの中心線に沿
って中心電極を配置し、かつその線径を１０〜２０μｍ
（特に指定が無い場合、直径）とする。好ましくは中心
電極をＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線とし、これらの線材は
熱伝導率が低いため中心電極からの放熱を抑制でき、ま
た剛性が高いためヒータコイルの中心への位置決めが容
易で、かつその後も位置が狂いにくい。
って中心電極を配置し、かつその線径を１０〜２０μｍ
（特に指定が無い場合、直径）とする。好ましくは中心
電極をＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線とし、これらの線材は
熱伝導率が低いため中心電極からの放熱を抑制でき、ま
た剛性が高いためヒータコイルの中心への位置決めが容
易で、かつその後も位置が狂いにくい。
【００１４】請求項３の発明では、Ｐｔ−Ｗ線やＰｔ−
Ｍｏ線の線径を１０〜１６μｍと細くし、ターン数を３
〜１０として、ビーズの体積を２０×１０−３mm３以下
とする。図４に示すように、ビーズ体積を２０×１０
−３mm３以下とすると、定常駆動時の消費電力はビーズ
体積を０にした際の切片に近づき、ビーズの小型化での
定常消費電力のほぼ下限に達している。即ち、請求項３
の発明では定常加熱時の消費電力を、センサの小型化の
下限まで近づけることができる。
Ｍｏ線の線径を１０〜１６μｍと細くし、ターン数を３
〜１０として、ビーズの体積を２０×１０−３mm３以下
とする。図４に示すように、ビーズ体積を２０×１０
−３mm３以下とすると、定常駆動時の消費電力はビーズ
体積を０にした際の切片に近づき、ビーズの小型化での
定常消費電力のほぼ下限に達している。即ち、請求項３
の発明では定常加熱時の消費電力を、センサの小型化の
下限まで近づけることができる。
【００１５】図５に、センサの熱応答の時定数とビーズ
体積との関係の例を示す。ビーズ体積の減少によって熱
時定数が短縮し、短時間で必要な温度まで加熱できるの
で、センサをパルス的に加熱する際の加熱時間を短縮で
きる。ガスセンサをパルス駆動する（パルス的に加熱
し、他は室温に放置する駆動）の場合、１パルス当たり
の消費エネルギーはパルス幅とパルス内での消費電力の
積で定まる。そこで熱時定数が短縮すれば消費エネルギ
ーも減少する。
体積との関係の例を示す。ビーズ体積の減少によって熱
時定数が短縮し、短時間で必要な温度まで加熱できるの
で、センサをパルス的に加熱する際の加熱時間を短縮で
きる。ガスセンサをパルス駆動する（パルス的に加熱
し、他は室温に放置する駆動）の場合、１パルス当たり
の消費エネルギーはパルス幅とパルス内での消費電力の
積で定まる。そこで熱時定数が短縮すれば消費エネルギ
ーも減少する。
【００１６】請求項４の発明では、Ｐｔ−Ｗ線やＰｔ−
Ｍｏ線の線径を１０〜１６μｍと細くし、ターン数を３
〜８とする。またビーズの表面積を極小にするためビー
ズ形状を球状とし、かつビーズの体積を１２×１０−３
mm３以下とする。定常消費電力はビーズをこれ以上小型
化しても減少せず、熱時定数もビーズ体積０の場合の５
０％増し程度まで減少している。従ってこのタイプのガ
スセンサで省電力化ができる下限まで、消費電力を減少
させることができる。
Ｍｏ線の線径を１０〜１６μｍと細くし、ターン数を３
〜８とする。またビーズの表面積を極小にするためビー
ズ形状を球状とし、かつビーズの体積を１２×１０−３
mm３以下とする。定常消費電力はビーズをこれ以上小型
化しても減少せず、熱時定数もビーズ体積０の場合の５
０％増し程度まで減少している。従ってこのタイプのガ
スセンサで省電力化ができる下限まで、消費電力を減少
させることができる。
【００１７】請求項３，４のガスセンサは、消費電力が
小さく、かつ熱時定数が短いのでパルス駆動に適してい
る。そこでこのガスセンサをパルス駆動すれば、消費電
力の小さなガス検出装置が得られる。
小さく、かつ熱時定数が短いのでパルス駆動に適してい
る。そこでこのガスセンサをパルス駆動すれば、消費電
力の小さなガス検出装置が得られる。
【００１８】
【実施例】図１〜図７に実施例を示す。図１にガスセン
サ２の構造を示すと、４は金属酸化物半導体ビーズで、
例えばＳｎＯ2やＳｎＯ2とアルミナの混合物等の焼結体
ビーズとし、４は線径１０〜２０μｍ、より好ましくは
線径１０〜１６μｍのＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線からな
るヒータ兼用電極である。そしてヒータ兼用電極６はコ
イル状で、好ましいターン数は３〜１０で、最も好まし
くは３〜８ターンである。またヒータ兼用電極６の線径
は好ましくは１０〜１６μｍとし、その中心とビーズ４
の中心とが一致するようにする。８は同様にＰｔ−Ｗ線
やＰｔ−Ｍｏ線からなる中心電極で、線径は１０〜２０
μｍとし、より好ましくは１０〜１６μｍとし、コイル
６の中心線に沿って配置することを目標とする。ビーズ
４の直径Ｒを図１のように定め、コイル６の内径Ｄやコ
イル長Ｌを図１のように定める。なお中心電極８は設け
なくても良く、その場合ヒータ６とビーズ４の並列抵抗
がガスにより変化することから、ガスを検出する。図２
に、ガスセンサ２を上部から見た姿を示す。
サ２の構造を示すと、４は金属酸化物半導体ビーズで、
例えばＳｎＯ2やＳｎＯ2とアルミナの混合物等の焼結体
ビーズとし、４は線径１０〜２０μｍ、より好ましくは
線径１０〜１６μｍのＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線からな
るヒータ兼用電極である。そしてヒータ兼用電極６はコ
イル状で、好ましいターン数は３〜１０で、最も好まし
くは３〜８ターンである。またヒータ兼用電極６の線径
は好ましくは１０〜１６μｍとし、その中心とビーズ４
の中心とが一致するようにする。８は同様にＰｔ−Ｗ線
やＰｔ−Ｍｏ線からなる中心電極で、線径は１０〜２０
μｍとし、より好ましくは１０〜１６μｍとし、コイル
６の中心線に沿って配置することを目標とする。ビーズ
４の直径Ｒを図１のように定め、コイル６の内径Ｄやコ
イル長Ｌを図１のように定める。なお中心電極８は設け
なくても良く、その場合ヒータ６とビーズ４の並列抵抗
がガスにより変化することから、ガスを検出する。図２
に、ガスセンサ２を上部から見た姿を示す。
【００１９】図３にガスセンサ２の駆動パターンの例を
示す。電源を例えば電池とし、１分に１回程度の割合
で、ガスセンサ２の最高温度が４００〜４５０℃程度に
達するようにパルス的にヒータ電力を加える。そして昇
温時の特性（金属酸化物半導体の抵抗値）からＬＰＧや
メタンを検出し、温度低下後の特性からＣＯ等を検出す
る。
示す。電源を例えば電池とし、１分に１回程度の割合
で、ガスセンサ２の最高温度が４００〜４５０℃程度に
達するようにパルス的にヒータ電力を加える。そして昇
温時の特性（金属酸化物半導体の抵抗値）からＬＰＧや
メタンを検出し、温度低下後の特性からＣＯ等を検出す
る。
【００２０】実施例のガスセンサを以下のようにして作
製した。ほぼ密着巻きしたＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線の
コイル６をステムに溶接し、コイル６の中心を通るよう
にＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線の中心電極８を通し、その
両端を図示しないステムに溶接した。コイル６や中心電
極８の露出部の長さはそれぞれ１ｍｍとした。ＳｎＯ2
とアルミナとを１：１に混合し、適当な粘度のペースト
に調製して、コイル６に滴下する。するとビーズ材料の
ペーストは表面張力でコイル６を中心としてほぼ球状に
なり、これを乾燥した後に、コイル６にヒータ電流を加
えて７００℃付近で焼結した。試作したセンサの仕様を
表１に示す。試料名Ｃは従来例の実開昭６１−１８９２
５６のセンサであり、各センサは製造を簡単にするため
中心電極８の両端をステムに溶接した。これ以外にコイ
ル６や中心電極８をＰｔ−Ｍｏ線としたものも作成した
が、特性はＰｔ−Ｗ線の場合と同等であった。使用した
Ｐｔ−Ｗ線はＷ８％のものであるが、Ｗ含有量は例えば
３〜１２％とし、Ｐｔ−Ｍｏ線はＭｏ５％のものを用い
たが、Ｍｏ含有量は例えば２〜８％とする。８％ＷのＰ
ｔ−Ｗ線の融点は１８７０℃、抵抗率は６２μΩ・ｃ
ｍ、抵抗温度係数は２．８×１０−４／℃、焼鈍後の引
っ張り強度は９４Ｋｇｆ／ｍｍ２、熱伝導率は１３．７
Ｗ／ｍ・Ｋである。同様に、５％ＭｏのＰｔ−Ｍｏ線の
融点は１８２０℃、抵抗率は６４μΩ・ｃｍ、抵抗温度
係数は２．４×１０−４／℃、焼鈍後の引っ張り強度は
９４Ｋｇｆ／ｍｍ２である。Ｐｔ線の融点は１７７０
℃、抵抗率は９．８μΩ・ｃｍ、抵抗温度係数は３９×
１０−４／℃、焼鈍後の引っ張り強度は１４Ｋｇｆ／ｍ
ｍ２、熱伝導率は７１Ｗ／ｍ・Ｋである。このようにＰ
ｔ−Ｍｏ線はＰｔ−Ｗ線と酷似した線材で、結果は同等
であった。
製した。ほぼ密着巻きしたＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線の
コイル６をステムに溶接し、コイル６の中心を通るよう
にＰｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線の中心電極８を通し、その
両端を図示しないステムに溶接した。コイル６や中心電
極８の露出部の長さはそれぞれ１ｍｍとした。ＳｎＯ2
とアルミナとを１：１に混合し、適当な粘度のペースト
に調製して、コイル６に滴下する。するとビーズ材料の
ペーストは表面張力でコイル６を中心としてほぼ球状に
なり、これを乾燥した後に、コイル６にヒータ電流を加
えて７００℃付近で焼結した。試作したセンサの仕様を
表１に示す。試料名Ｃは従来例の実開昭６１−１８９２
５６のセンサであり、各センサは製造を簡単にするため
中心電極８の両端をステムに溶接した。これ以外にコイ
ル６や中心電極８をＰｔ−Ｍｏ線としたものも作成した
が、特性はＰｔ−Ｗ線の場合と同等であった。使用した
Ｐｔ−Ｗ線はＷ８％のものであるが、Ｗ含有量は例えば
３〜１２％とし、Ｐｔ−Ｍｏ線はＭｏ５％のものを用い
たが、Ｍｏ含有量は例えば２〜８％とする。８％ＷのＰ
ｔ−Ｗ線の融点は１８７０℃、抵抗率は６２μΩ・ｃ
ｍ、抵抗温度係数は２．８×１０−４／℃、焼鈍後の引
っ張り強度は９４Ｋｇｆ／ｍｍ２、熱伝導率は１３．７
Ｗ／ｍ・Ｋである。同様に、５％ＭｏのＰｔ−Ｍｏ線の
融点は１８２０℃、抵抗率は６４μΩ・ｃｍ、抵抗温度
係数は２．４×１０−４／℃、焼鈍後の引っ張り強度は
９４Ｋｇｆ／ｍｍ２である。Ｐｔ線の融点は１７７０
℃、抵抗率は９．８μΩ・ｃｍ、抵抗温度係数は３９×
１０−４／℃、焼鈍後の引っ張り強度は１４Ｋｇｆ／ｍ
ｍ２、熱伝導率は７１Ｗ／ｍ・Ｋである。このようにＰ
ｔ−Ｍｏ線はＰｔ−Ｗ線と酷似した線材で、結果は同等
であった。
【００２１】
【表１】 試作センサの設計仕様 試料名 特徴 ビーズ 線材 中心 コイル ビーズ 形状 と線径 電極線 ターン 内径 長さ 直径 長さ Ｃ Ｐｔ 楕円球 Pt 20 Pt 20 10 150 300 400 500 Ｔ１ 線種 楕円球 Pt-W 20 Pt-W 20 10 150 300 400 500 Ｔ２ 線径 楕円球 Pt-W 15 Pt-W 15 10 150 300 400 500 Ｔ３ サイズ極小 球 Pt-W 15 Pt-W 15 5 100 100 200 200 Ｔ４ サイズ小 球 Pt-W 15 Pt-W 15 7 150 150 250 250 Ｔ５ サイズ中 球 Pt-W 15 Pt-W 15 10 200 200 400 400 Ｔ６ サイズ大 球 Pt-W 15 Pt-W 15 16 300 300 500 500 ＊ 単位は全てμｍ．
【００２２】試作センサに対して、製造時の作業性を
◎，○，△，×の４段階評価した。結果を表２に示す。
Ｐｔコイルは柔らかいため溶接時にコイルの向きを保つ
ことが難しく、ビーズ４を形成した後の乾燥や焼結過程
で変形しやすい。またコイル６と中心電極８との位置合
わせも難しい。そしてこれらのためＰｔコイルやＰｔ中
心電極を用いると、センサ抵抗（Ｒｓ）のバラツキが大
きかった。さらにコイルが柔らかいため、ビーズ材料の
塗布も困難で、ビーズ形状のバラツキも著しかった。こ
れに対して硬質で剛性の高いＰｔ−ＷやＰｔ−Ｍｏを用
いることにより、製造の作業性が向上した。特にサンプ
ルＴ４は線径１５μｍのＰｔ−Ｗを用い、ビーズ４のサ
イズもサンプルＣよりも小さくしたものであるが、それ
でも生産性ははるかに高かった。このことは、Ｐｔ−Ｗ
に変えてＰｔ−Ｍｏを用いた場合も同様であった。
◎，○，△，×の４段階評価した。結果を表２に示す。
Ｐｔコイルは柔らかいため溶接時にコイルの向きを保つ
ことが難しく、ビーズ４を形成した後の乾燥や焼結過程
で変形しやすい。またコイル６と中心電極８との位置合
わせも難しい。そしてこれらのためＰｔコイルやＰｔ中
心電極を用いると、センサ抵抗（Ｒｓ）のバラツキが大
きかった。さらにコイルが柔らかいため、ビーズ材料の
塗布も困難で、ビーズ形状のバラツキも著しかった。こ
れに対して硬質で剛性の高いＰｔ−ＷやＰｔ−Ｍｏを用
いることにより、製造の作業性が向上した。特にサンプ
ルＴ４は線径１５μｍのＰｔ−Ｗを用い、ビーズ４のサ
イズもサンプルＣよりも小さくしたものであるが、それ
でも生産性ははるかに高かった。このことは、Ｐｔ−Ｗ
に変えてＰｔ−Ｍｏを用いた場合も同様であった。
【００２３】
【表２】 ＊ ◎○△×は試作時の経験に基づく作業者の評価で、
×はセンサの製造が非現実的となるような問題を、△は
収率の著しい低下をもたらすような問題を、○は製造時
にかなりの品質管理を必要とする問題を示し、◎は比較
的容易に均質なものを作り得る程度の問題を示す．
×はセンサの製造が非現実的となるような問題を、△は
収率の著しい低下をもたらすような問題を、○は製造時
にかなりの品質管理を必要とする問題を示し、◎は比較
的容易に均質なものを作り得る程度の問題を示す．
【００２４】各サンプルのセンサを３個ずつＣＣＤカメ
ラで観測し、ビーズ体積の平均値を求めた。またセンサ
を５００℃に定常加熱する際の消費電力を求めた。さら
に室温のセンサに対して、定常温度が５００℃となるヒ
ータ電圧を加えた際の、ビーズ４の表面温度が４５０℃
に達するまでの時間をサーモビューアで測定し、これに
５００℃での定常消費電力を乗算して、室温からセンサ
を４５０℃までパルス加熱するのに必要な１パルス当た
りのエネルギーを推定した。これらの結果を表３に示
し、結果はセンサ３個の平均値である。
ラで観測し、ビーズ体積の平均値を求めた。またセンサ
を５００℃に定常加熱する際の消費電力を求めた。さら
に室温のセンサに対して、定常温度が５００℃となるヒ
ータ電圧を加えた際の、ビーズ４の表面温度が４５０℃
に達するまでの時間をサーモビューアで測定し、これに
５００℃での定常消費電力を乗算して、室温からセンサ
を４５０℃までパルス加熱するのに必要な１パルス当た
りのエネルギーを推定した。これらの結果を表３に示
し、結果はセンサ３個の平均値である。
【００２５】
【表３】 試作センサの消費電力、熱応答 試料名 ビーズ体積 消費電力 熱応答 １パルス当たりの エネルギー Ｃ ３７ １１０ ０．３８ ６０以上 Ｔ１ ３７ ９４ ０．６３ ６０ Ｔ２ ３７ ９１ ０．６７ ６０ Ｔ３ ５ ６５ ０．１９ １２ Ｔ４ ９ ６３ ０．２７ １６ Ｔ５ ３０ ７６ ０．５５ ４０ Ｔ６ ６０ ９０ ＊ 消費電力は５００℃に定常加熱する際の消費電力で
ｍＷ単位、熱応答は秒単位で室温から定常温度５００℃
へと加熱した際に４５０℃に達するまでの時間、ビーズ
体積は１／１０００ｍｍ３単位、１パルス当たりのエネ
ルギーは４５０℃まで昇温するのに必要なエネルギーの
推定値でｍＪ単位．
ｍＷ単位、熱応答は秒単位で室温から定常温度５００℃
へと加熱した際に４５０℃に達するまでの時間、ビーズ
体積は１／１０００ｍｍ３単位、１パルス当たりのエネ
ルギーは４５０℃まで昇温するのに必要なエネルギーの
推定値でｍＪ単位．
【００２６】図４に、ビーズ４を４００℃に定常加熱す
る際の消費電力とビーズの体積との関係を示す。サンプ
ルＣは他のサンプルに比べて消費電力が大きく、このセ
ンサが消費電力の点で不利なセンサであることを示して
いる。サンプルＣとサンプルＴ１の違いは、コイル６や
中心電極８の材質をＰｔからＰｔ−Ｗに変更したこと
で、線材をＰｔからＰｔ−ＷやＰｔ−Ｍｏに変更すると
１０ｍＷ以上消費電力を減少させることができた。サン
プルＴ２は、サンプルＴ１に対して、コイル６や中心電
極８の線径を２０μｍから１５μｍへ減少させたもの
で、これによって数ｍＷ消費電力を減少させることがで
きた。
る際の消費電力とビーズの体積との関係を示す。サンプ
ルＣは他のサンプルに比べて消費電力が大きく、このセ
ンサが消費電力の点で不利なセンサであることを示して
いる。サンプルＣとサンプルＴ１の違いは、コイル６や
中心電極８の材質をＰｔからＰｔ−Ｗに変更したこと
で、線材をＰｔからＰｔ−ＷやＰｔ−Ｍｏに変更すると
１０ｍＷ以上消費電力を減少させることができた。サン
プルＴ２は、サンプルＴ１に対して、コイル６や中心電
極８の線径を２０μｍから１５μｍへ減少させたもの
で、これによって数ｍＷ消費電力を減少させることがで
きた。
【００２７】図４の下部の直線は、ビーズ４を球状と
し、コイル６や中心電極８を１５μｍのＰｔ−ＷやＰｔ
−Ｍｏとして、ビーズ径を変えた際の結果である。これ
に伴ってターン数やコイル長が変化しているが、これら
は定常消費電力自体には余り影響しなかった。サンプル
Ｔ２がサンプルＴ４〜Ｔ６を結ぶ線よりも上にあること
は、楕円状の形状が球状の形状よりも熱的に不利である
ことを示し、球状にすることによりビーズの表面積を小
さくして放熱を抑制できることを示している。ビーズ体
積の減少によって消費電力は５０ｍＷ弱まで減少し、４
５ｍＷ付近に０切片がある。このことはビーズ体積を２
０×１０−３mm３よりも減少させても、定常消費電力は
余り減少せず、特に１２×１０−３mm３ よりも減少さ
せても、定常消費電力はほとんど減少しないことを意味
している。
し、コイル６や中心電極８を１５μｍのＰｔ−ＷやＰｔ
−Ｍｏとして、ビーズ径を変えた際の結果である。これ
に伴ってターン数やコイル長が変化しているが、これら
は定常消費電力自体には余り影響しなかった。サンプル
Ｔ２がサンプルＴ４〜Ｔ６を結ぶ線よりも上にあること
は、楕円状の形状が球状の形状よりも熱的に不利である
ことを示し、球状にすることによりビーズの表面積を小
さくして放熱を抑制できることを示している。ビーズ体
積の減少によって消費電力は５０ｍＷ弱まで減少し、４
５ｍＷ付近に０切片がある。このことはビーズ体積を２
０×１０−３mm３よりも減少させても、定常消費電力は
余り減少せず、特に１２×１０−３mm３ よりも減少さ
せても、定常消費電力はほとんど減少しないことを意味
している。
【００２８】図５に、各サンプルのビーズ体積とサーモ
ビューアで測定した熱応答時間との関係を示す。サンプ
ルＴ１〜Ｔ５はほぼ直線上に乗るが、比較例のサンプル
Ｃのみは熱応答時間が著しく短い。これはＰｔ線の抵抗
温度係数が大きいため、室温付近からヒータ電圧を加え
ると、最初にコイル６の抵抗値が小さく、大突入電力が
流れて一時的に消費電力が増加し、熱時定数が短縮する
ためである。なお突入電流に関する特性は、図６，図７
を用いて後述する。
ビューアで測定した熱応答時間との関係を示す。サンプ
ルＴ１〜Ｔ５はほぼ直線上に乗るが、比較例のサンプル
Ｃのみは熱応答時間が著しく短い。これはＰｔ線の抵抗
温度係数が大きいため、室温付近からヒータ電圧を加え
ると、最初にコイル６の抵抗値が小さく、大突入電力が
流れて一時的に消費電力が増加し、熱時定数が短縮する
ためである。なお突入電流に関する特性は、図６，図７
を用いて後述する。
【００２９】ビーズ体積を減少させることにより熱応答
時間は短縮し、ビーズ体積０での熱応答時間は０．１５
秒付近で、サンプルＴ３は熱応答時間のほぼ下限近くま
で達している。従ってサンプルＴ３よりもセンサ２を小
型化しても、熱応答時間の短縮も定常消費電力の減少も
はかれず、このタイプのガスセンサとしてはサンプルＴ
３で、ほぼ下限まで消費電力を減少させたことになる。
なお現在のところ、Ｐｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線の線形を
１０μｍ未満とすることは非実用的である。
時間は短縮し、ビーズ体積０での熱応答時間は０．１５
秒付近で、サンプルＴ３は熱応答時間のほぼ下限近くま
で達している。従ってサンプルＴ３よりもセンサ２を小
型化しても、熱応答時間の短縮も定常消費電力の減少も
はかれず、このタイプのガスセンサとしてはサンプルＴ
３で、ほぼ下限まで消費電力を減少させたことになる。
なお現在のところ、Ｐｔ−Ｗ線やＰｔ−Ｍｏ線の線形を
１０μｍ未満とすることは非実用的である。
【００３０】表３に、５００℃加熱の定常消費電力が９
０％応答までの間一定値で加えられているものとして、
１パルス当たりのエネルギーを示した。サンプルＣの場
合、パルス加熱の初期に大電流が流れているので、１パ
ルス当たりのエネルギーの正確な推定は不可能であっ
た。サンプルＴ３で、１パルス当たりのエネルギーをサ
ンプルＣの１／５に減少でき、サンプルＴ４でも３０％
以下に減少することができた。
０％応答までの間一定値で加えられているものとして、
１パルス当たりのエネルギーを示した。サンプルＣの場
合、パルス加熱の初期に大電流が流れているので、１パ
ルス当たりのエネルギーの正確な推定は不可能であっ
た。サンプルＴ３で、１パルス当たりのエネルギーをサ
ンプルＣの１／５に減少でき、サンプルＴ４でも３０％
以下に減少することができた。
【００３１】図６にヒータ電圧ＶＨとヒータ電流ＩＨと
の関係を示す。ここでのヒータ電流ＩＨは定常値で、Ｐ
ｔは抵抗温度係数が大きいため、ヒータ電流ＩＨがヒー
タ抵抗ＶＨに対して直線状でないことが分かる。
の関係を示す。ここでのヒータ電流ＩＨは定常値で、Ｐ
ｔは抵抗温度係数が大きいため、ヒータ電流ＩＨがヒー
タ抵抗ＶＨに対して直線状でないことが分かる。
【００３２】図７にＰｔコイル６とＰｔ−Ｗコイルとに
ついて、ヒータをオフからオンした際の電流値の挙動を
示す。なおＰｔコイルでは、予定していた２００ｍＡの
検出ゾーンをヒータ電流が振りきってしまった。Ｐｔコ
イル６ではヒータオン時の突入電流が極めて大きかっ
た。
ついて、ヒータをオフからオンした際の電流値の挙動を
示す。なおＰｔコイルでは、予定していた２００ｍＡの
検出ゾーンをヒータ電流が振りきってしまった。Ｐｔコ
イル６ではヒータオン時の突入電流が極めて大きかっ
た。
【００３３】上記の説明では、コイル６や中心電極８を
Ｐｔ−Ｗ線とする場合を中心に説明したが、Ｐｔ−Ｍｏ
線としても同様の結果が得られた。
Ｐｔ−Ｗ線とする場合を中心に説明したが、Ｐｔ−Ｍｏ
線としても同様の結果が得られた。
【図１】 実施例のガスセンサの要部断面図
【図２】 実施例のガスセンサの要部平面図
【図３】 実施例のガスセンサの動作パターンを示す図
【図４】 ガスセンサのビーズ体積と消費電力との関係
を示す図
を示す図
【図５】 ガスセンサのビーズ体積と９０％熱応答時間
との関係を示す図
との関係を示す図
【図６】 ガスセンサのヒータ電圧VHとヒータ電流IHと
の関係を示す図
の関係を示す図
【図７】 ヒータオン時の突入電流を示す図
２ ガスセンサ ４ 金属酸化物半導体ビーズ ６ ヒータ兼用電極 ８ 中心電極
フロントページの続き (72)発明者 吉村 知子 箕面市船場西１丁目５番３号 フィガロ技 研株式会社内 Ｆターム(参考） 2G046 AA01 BA02 BA08 BC03 BC05 BC09 BE02 DA05 DB04 DC07 DD01 DD03 EA09 EA11 EB06 FB02 FE03 FE22 FE31 FE39 FE46
Claims (5)
- 【請求項１】 ビーズ状の金属酸化物半導体に、コイル
状のヒータ兼用電極を、該ビーズの中心と該コイルの中
心とが一致するように埋設したガスセンサにおいて、 前記ヒータ兼用電極がＰｔ−Ｗ線またはＰｔ−Ｍｏ線か
らなリ、その線径が１０〜２０μｍであることを特徴と
するガスセンサ。 - 【請求項２】 前記ヒータ兼用電極のコイルの中心線に
沿って、線径１０〜２０μｍのＰｔ系中心電極を埋設し
たことを特徴とする、請求項１のガスセンサ。 - 【請求項３】 前記中心電極とヒータ兼用電極の線径が
いずれも１０〜２０μｍで、ヒータ兼用電極のコイルの
ターン数が３〜１０ターン、かつ前記ビーズの体積が２
０×１０−３mm３以下であることを特徴とする請求項２
のガスセンサ。 - 【請求項４】 前記中心電極とヒータ兼用電極の線径が
いずれも１０〜１６μｍで、ヒータ兼用電極のコイルの
ターン数が３〜８ターン、かつ前記ビーズの体積が１２
×１０−３mm３以下でビーズ形状が球状であることを特
徴とする請求項３のガスセンサ。 - 【請求項５】 請求項３または４のガスセンサをパルス
的に加熱することを特徴とする、ガス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19030499A JP2001021515A (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | ガスセンサ及びガス検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19030499A JP2001021515A (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | ガスセンサ及びガス検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001021515A true JP2001021515A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16255940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19030499A Pending JP2001021515A (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | ガスセンサ及びガス検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001021515A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012107999A (ja) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知素子 |
| JP2016211896A (ja) * | 2015-04-30 | 2016-12-15 | 日本写真印刷株式会社 | 半導体式ガスセンサ、およびこれを備えたガス検知装置 |
-
1999
- 1999-07-05 JP JP19030499A patent/JP2001021515A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012107999A (ja) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知素子 |
| JP2016211896A (ja) * | 2015-04-30 | 2016-12-15 | 日本写真印刷株式会社 | 半導体式ガスセンサ、およびこれを備えたガス検知装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20060602 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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| A977 | Report on retrieval |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080424 |
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Effective date: 20080814 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |