JP2001056278A - 質量検出型ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の質量検出型ガスセンサにおいては、検
出素子であるカンチレバーは小型化できるが、その変位
の検出が大がかりとなり、結果として大型且つ高価で汎
用性に欠ける問題点を生じていた。 【解決手段】 本発明により、検出が特定ガスを吸収し
たことによるカンチレバー２のたわみを適宜位置に設け
たピエゾ抵抗素子４の電気的な変化量として測定する質
量検出型ガスセンサとし、加えて吸着部３若しくはその
近傍にはヒーター素子５を設け特定ガスを蒸発させて除
去し、カンチレバー２を特定ガスを吸着しない状態とし
て補正を行う質量検出型ガスセンサ１としたことで、カ
ンチレバーの変位の測定を抵抗測定という極めて簡便な
手段で行えるものとして、システムの煩雑化を避け、全
体構成の簡素化、小型化を可能として課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特定ガスの検出を
行うガスセンサに関するものであり、詳細にはカンチレ
バーの先端にガスを吸着する吸着部を設け、この吸着部
がガスを吸着したことによる質量変化を測定する構成と
した質量検出型ガスセンサに係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の質量検出型ガスセンサ９
０の構成の例を示すものが図３であり、振動、或いは、
撓みを生じやすいように一部に幅の狭い部分が形成され
たカンチレバー９１の先端には例えば金などガスを吸着
する部材で形成された吸着部９２を設けておく。

【０００３】このように、カンチレバー９１を形成した
ことで、測定すべきガスが雰囲気中に存在するときに
は、前記吸着部９２が吸着を行うものとなるので、この
吸着部９２の重量が変化する。従って、カンチレバー９
１には撓みを生じる。或いは、共振周波数が変化するな
どの特性変化を生じるものとなるので、その特性変化を
利用してガスの検出を行う。

【０００４】上記特性変化の検定の具体的な手法として
は、例えば図３中に示すようにカンチレバー９１の適宜
位置にレーザー光Ｌを照射しておき、吸着部９２のガス
の吸着による重量増加で生じるカンチレバー９１の撓み
量をレーザー光Ｌの反射光の到達位置の移動として計測
する。

【０００５】或いは、図４に示すようにカンチレバー９
１の適宜位置に圧電素子などによる振動子９３を取り付
けておき、この振動子９３によりカンチレバー９１を自
由振動させて共振周波数を測定し、吸着部９２のガスの
吸着による重量増加で生じるカンチレバー９１の共振周
波数の変化量からガスの吸着を計測する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の構成の質量検出型ガスセンサ９０においては、
カンチレバー９１の部分は、例えば写真技術の応用で小
型化したものの製造が可能であるが、変位量の検出を行
うためのレーザー装置などはそれ程に小型化することが
不可能であるので、システムとしては大型のものとな
り、設置面積の点から用途が限定されるなどの問題点を
生じ、また、コストも高価なものとなって汎用性に欠け
るものとなっていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した従来
の課題を解決するための具体的手段として、カンチレバ
ーの先端部に吸着部を設け、この吸着部が特定ガスを吸
着したときの前記カンチレバーの特性変化により特定ガ
スの有無を検出して成る質量検出型ガスセンサにおい
て、前記検出が、特定ガスを吸収したことによる前記カ
ンチレバーのたわみを該カンチレバーの適宜位置に設け
たピエゾ抵抗素子の電気的な変化量として測定すること
を特徴とする質量検出型ガスセンサを提供することで課
題を解決するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を図に示す実施形
態に基づいて詳細に説明する。図１及び図２に符号１で
示すものは本発明に係る質量検出型ガスセンサであり、
この質量検出型ガスセンサ１はエッチングなど写真技術
を応用した形成手段により小型化されたカンチレバー２
を採用するものである点は従来例のものと同様である。

【０００９】また、前記カンチレバー２の先端には吸着
部３が設けられ、この吸着部３にガスを吸着させたとき
の重量増加による撓みの変化などをもってガスの存在を
検知するものであり、従って、検出を目的とするガスが
硫化物系のものであるときには前記吸着部３を形成する
部材として金が選択され、Ｃｏである場合はフタロシア
ニン、ＮＯｘである場合はキナクリドンなど検出を目的
とするガスにより吸着部３を構成する部材が選択される
ものである点も従来例のものと同様である。

【００１０】ここで、本発明では前記カンチレバー２に
ピエゾ抵抗素子４を取り付けるものであり、その取り付
けの位置は吸着部３にガスを吸着したときにカンチレバ
ー２に撓みの発生が最も大きく表れる場所、例えば枠部
２ａとの接合部近傍などが適当である。

【００１１】本発明では、前記カンチレバー２には、上
記の吸着部３、ピエゾ抵抗素子４に加えて、蒸着膜など
適宜な手段で薄膜状に形成されたヒーター素子５を設け
るものであり、このヒーター素子５は前記吸着部３の表
面、或いは、カンチレバー２と吸着部３との間に設けら
れ、通電したときには吸着部３を効率よく加熱できるも
のとされている。

【００１２】次いで、上記の構成とした本発明の質量検
出型ガスセンサ１の作用及び効果について説明する。先
ず、検出機能においてはカンチレバー２の先端に取り付
けられた吸着部３がガスを吸着し、重量を増すことでカ
ンチレバー２に撓みを生じさせ、この撓みの量によりガ
スの存在を検知する原理は従来からのものと同じである
が、本発明は前記撓みの量の測定にピエゾ抵抗素子４を
採用するものとしている。

【００１３】前記ピエゾ抵抗素子４は、このピエゾ抵抗
素子４に加えられた応力に応じて抵抗変化を生じるもの
であるので、上記カンチレバー２の撓み量の計測はピエ
ゾ抵抗素子４の抵抗値を測定すれば良いものとなる。
尚、このときに前記ピエゾ抵抗素子４の抵抗値は、一般
的に電子回路などで使用されている抵抗器と同水準のも
のであるので、この抵抗値の測定に特に困難を伴うこと
はない。

【００１４】よって、測定装置としても、例えばホイー
トストーンブリッジ回路など、この種、抵抗値を測定す
るときに常用されている単純な回路構成で充分な測定精
度が得られるものであり、ハイインピーダンスに対応さ
せるための測定回路の電子化など不要であるので、上記
抵抗値の測定装置を含めた質量検出型ガスセンサ１全体
も小型化できるものとなる。

【００１５】また、本発明の質量検出型ガスセンサ１に
おいては、前記カンチレバー２にヒーター素子５が設け
られたことで、吸着部３のハングアップが防止され、検
出精度が向上し、また、検出速度も向上する。即ち、一
時的に濃いガスが吸着部３に触れると、吸着部は多量の
ガスを吸着して飽和してしまい、その後に薄いガスが触
れた状態でも対応しない、いわゆるハングアップの状態
を生じる。

【００１６】この状況に鑑みて設けられたものが、本発
明のヒーター素子５であり、このヒーター素子５に通電
を行うと、前記吸着部３は加熱が行われ、吸着していた
ガスは蒸発して放散され、吸着部３はガスを吸着してい
ない状態、即ち、初期状態に復帰が行われるものとな
る。

【００１７】従って、例えば、時間間隔を定め、その時
間毎にヒーター素子５に通電し、吸着部３の加熱を行い
初期状態に復帰するものとしておけば、検出を目的とす
るガスに濃度の差が著しいときにも、次回の測定に影響
を生じることなく正確な測定が行えるものとなる。

【００１８】同時に、上記のヒーター素子５による加熱
により、強制的にガスの吸着部３からの放出が行われる
ので、例えば濃度の高いガスと接触した後にも、自然に
ガスが放出され復帰するまで待つ必要はなくなり、例え
ば上記したヒーター素子５への通電の時間間隔を適正化
することで、ガスの濃度変化に速やかに反応する質量検
出型ガスセンサ１となり、測定が迅速化する。

【００１９】尚、上記したヒーター素子５による加熱
は、加熱条件を適正化することで前記吸着部３がガスを
吸着していない状態とすることができるので、例え、カ
ンチレバー２，吸着部３、ピエゾ抵抗素子４の何れかに
経年変化を生じるとしても、その時点での初期状態（ガ
スを吸着していない状態）の検定が可能であり、即ち、
更正が可能なものと成って、この点でも精度の向上に寄
与するものとなる。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したように本発明により、検
出が、特定ガスを吸収したことによる前記カンチレバー
のたわみを該カンチレバーの適宜位置に設けたピエゾ抵
抗素子の電気的な変化量として測定する質量検出型ガス
センサとし、加えて、前記吸着部若しくはその近傍には
ヒーター素子を設け、該ヒーター素子に通電することに
より特定ガスを蒸発させて除去し、前記カンチレバーを
前記特定ガスを吸着しない状態として補正を行う質量検
出型ガスセンサとしたことで、第一には、カンチレバー
の変位の測定を抵抗測定という極めて簡便な手段で行え
るものとして、システムの煩雑化を避け、全体構成の簡
素化、小型化を可能として汎用性の向上に極めて優れた
効果を奏するものである。

【００２１】また、第二には、本発明により前記カンチ
レバーにヒーター素子を設けることで、吸着部が吸着し
たガスを迅速に蒸発させて除去し、吸着部をガスを吸着
していない初期状態に戻せるものとして、ハングアップ
を防止して測定の迅速化を可能とすると共に、例え、カ
ンチレバー、吸着部、ピエゾ抵抗素子に経年変化を生じ
たとしても、その時点での初期状態の現出が可能であ
り、常時に更正が可能なものとなって、この点でも精度
の向上を可能とする優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る質量検出型ガスセンサの実施形
態を要部で示す斜視図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】 従来例を示す断面図である。

【図４】 別の従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１……質量検出型ガスセンサ ２……カンチレバー ２ａ……枠部 ３……吸着部 ４……ピエゾ抵抗素子 ５……ヒーター素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カンチレバーの先端部に吸着部を設け、
   この吸着部が特定ガスを吸着したときの前記カンチレバ
   ーの特性変化により特定ガスの有無を検出して成る質量
   検出型ガスセンサにおいて、前記検出が、特定ガスを吸
   収したことによる前記カンチレバーのたわみを該カンチ
   レバーの適宜位置に設けたピエゾ抵抗素子の電気的な変
   化量として測定することを特徴とする質量検出型ガスセ
   ンサ。
2. 【請求項２】 前記吸着部若しくはその近傍にはヒータ
   ー素子を設け、該ヒーター素子に通電することにより特
   定ガスを蒸発させて除去し、前記カンチレバーを前記特
   定ガスを吸着しない状態として補正を行うことを特徴と
   する請求項１記載の質量検出型ガスセンサ。