JP2002031615A

JP2002031615A - ケトン感応素子

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Publication number: JP2002031615A
Application number: JP2000213213A
Authority: JP
Inventors: Mariko Hanada; 真理子花田
Original assignee: FIS Inc
Current assignee: FIS Inc
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JP4575559B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ケトンに対する感度が高いと共に他の成分に
対する感度が低く、ケトンを高感度に選択的に検知する
ことができ、ケトンセンサに適用することによって簡便
な装置構成にて呼気中のアセトン量の測定を行うことが
できるケトン感応素子を提供する。【解決手段】酸化タングステンに白金を添加して得ら
れる金属酸化物半導体から成る。ケトンに対する感度が
高く、ケトンを選択的に検知することができる。このケ
トン感応素子を用いて信頼性の高いケトンセンサを構成
することができる。特に呼気内のアセトンガス検出用と
して好適に用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケトンに対して選
択的に感応し、呼気中のアセトン量の測定に好適に用い
ることができるケトン感応素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アセトンは体内で脂肪酸生成の過程で生
成されるケトン体の一成分である。ここでいうケトン体
とは、３−ヒドロキシ酪酸、アセト酢酸及びアセトンの
総称である。

【０００３】糖尿病患者の呼気中にアセトンが多く含ま
れることは、かなり古くから知られていた。この呼気中
のアセトンは、１型糖尿病患者のコントロール状態が良
好に行われていないときや、糖尿病、高血圧、肥満等に
対する食事療法が効果的に行われているときに増加する
ため、これらの状態管理の指標となるものである。ま
た、摂食障害がみられる幼児においても、呼気中のアセ
トンが増大するものである。そのため、呼気によるアセ
トン量の検査を行うことができれば、尿検査や血液検査
の場合とはことなり、時、場所を選ばず、誰にでも、寝
ている人にさえ、苦痛を伴わずに行うことができるた
め、呼気による検査によりアセトン量の測定を可能とす
る方法が求められていた。

【０００４】そこで、従来から呼気内のアセトン量を測
定する装置として、例えば特開平６−４７０４７号公
報、特開平６−５８９１９号公報、特開平９−５４０４
０号公報、特開平９−１３８２２５公報、特開平１０−
１４２１５３号公報等に記載のものが提供されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの装置
は、呼気中の微量のアセトンを検出するために、ガスク
ロマトグラフィーやラマン分光法を用いて呼気中のアセ
トンを検出するものであり、ガスマス（ガスクロ−マス
スペクトルメーター）やラマン分光装置等の高価な分析
機器が必要であった。そのため医療や健康管理の分野で
は呼気中のアセトン量測定は未だ広く利用されていない
ものであった。

【０００６】一方、微量のガスを検出することは半導体
ガスセンサが得意とするところであるが、半導体ガスセ
ンサの欠点として、種々のガスに同時に感応してしまう
という問題、すなわちガス選択性が悪いという問題があ
る。呼気中にはアセトンの他にも、炭化水素、一酸化炭
素、水素，アルコール、アルデヒド等の、１００種を超
えるガスが混在しているものであり、従来の半導体ガス
センサでは、これらの多種類のガスから目的のアセトン
ガスを定量的に検出することは、これまでは不可能であ
った。

【０００７】特に、従来の半導体ガスセンサの場合で
は、アルデヒド、アルコール、ケトンは多少の差はある
ものの、類似の感度を示すものであり、これは、アルデ
ヒド、アルコール、ケトンの官能基が類似しているため
に、主として官能基との反応によってガスを検知する半
導体ガスセンサにとって、識別が難しいためである。

【０００８】そのため、ケトンだけに選択的に高い感度
を持つ半導体ガスセンサはこれまで存在せず、従来は生
体内のケトン体の測定を血液や尿の検査によって行わざ
るを得なかったが、血液検査は苦痛を伴い、感染症のお
それも常に存在するものであり、また尿検査は精神的苦
痛を伴うものであった。またこれらの検査は時、場所を
選ばずに行うことができなかった。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みて為されたもので
あり、ケトンに対する感度が高いと共に他の成分に対す
る感度が低く、ケトンを高感度に選択的に検知すること
ができ、ケトンセンサに適用することによって簡便な装
置構成にて呼気中のアセトン量の測定を行うことができ
るケトン感応素子を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
ケトン感応素子６は、酸化タングステンに白金を添加し
て得られる金属酸化物半導体から成ることを特徴とする
ものである。

【００１１】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、白金の添加量を、酸化タングステンに対して０．０
１〜３質量％として成ることを特徴とするものである。

【００１２】また請求項３の発明は、請求項１又は２に
おいて、シリカ系バインダーを添加して成ることを特徴
とするものである。

【００１３】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかにおいて、パラジウム又は金を添加して成るこ
とを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１５】本発明に係るケトン感応素子６は、酸化タ
ングステン（ＷＯ₃）を主成分とし、添加物として白金
を含有させて得られる金属酸化物半導体にて形成される
ものであり、これによりケトンを高感度で選択的に検知
するという特性が付与されたものである。白金の含有量
は、酸化タングステンに対して０．０１〜３質量％とす
ることが好ましく、この場合、ケトン以外の妨害ガスの
感度に対してケトンの感度が著しく向上し、ケトンの選
択的検知を更に確実に行うことができる。

【００１６】また、このケトン感応素子６には、バイン
ダーとして、有機シリカやコロイダルシリカ等のシリカ
系バインダーや、アルミナゾル等のアルミナバインダー
を添加すると、素子強度を向上することができる。また
特にシリカ系バインダーを用いると、ケトン感応素子６
によるケトンの検知感度を更に向上させることができ
る。これらのバインダーの添加量は特に限定されるもの
ではなく、ケトン感応素子６に充分な強度を付与するた
めに必要とされる適宜の量が用いられる。

【００１７】更に、このケトン感応素子６に、パラジウ
ム（Ｐｄ）又は金（Ａｕ）を含有させると、ケトンの濃
度が変化した場合のケトン感応素子６の電気抵抗値の変
化速度が向上し、ケトンの検知時におけるケトン感応素
子６の応答性を向上することができる。特に、ケトンの
濃度が高い濃度から低い濃度へと変化した場合における
応答性を著しく向上することができるものである。パラ
ジウムや金の含有量は特に限定されないが、パラジウム
を用いる場合は酸化タングステンに対して０．０１〜
１．５質量％の範囲で用いることが好ましく、また金を
用いる場合は酸化タングステンに対して０．０１〜１．
５質量％の範囲で用いることが好ましい。

【００１８】以下に、ケトン感応素子６の製造方法を例
示する。

【００１９】メタタングステン酸アンモニウムや無水タ
ングステン酸のようなタングステン化合物を、例えば空
気中で５００°で１時間加熱して焼成した後、粉砕し
て、粉体状の酸化タングステンを得る。

【００２０】この粉体状の酸化タングステンに、塩化白
金酸水溶液などのかたちで、白金を添加する。そして、
この混合物を、例えば空気中で７００℃で１時間加熱し
て焼成する。この焼成により得られた生成物には、必要
に応じて、強度改善や電気抵抗値のコントロールのため
にα−アルミナを混合しても良い。

【００２１】ここで、金やパラジウム等の添加物を加え
る場合は、この生成物に金やパラジウム等を加えた後、
更に例えば空気中で５００℃で１時間加熱して焼成す
る。

【００２２】この生成物を、テルピオネール等を加えて
ペースト状とし、センサ基体に塗布又は印刷した後、例
えば空気中で５００℃で１時間焼成する。

【００２３】このセンサ基体の表面に形成された成形体
に、必要に応じてシリカ系やアルミナ系のバインダーを
塗布した後、例えば空気中で７００℃で１時間焼成し、
ケトン感応素子６を形成する。

【００２４】また、ケトン感応素子６の他の製造方法を
例示すると、まず、メタタングステン酸アンモニウムや
無水タングステン酸のようなタングステン化合物を、例
えば空気中で５００°で１時間加熱して焼成した後、粉
砕して、粉体状の酸化タングステンを得る。

【００２５】ここで、金やパラジウム等の添加物を加え
る場合は、この生成物に金やパラジウム等を加えた後、
更に例えば空気中で５００℃で１時間加熱して焼成す
る。

【００２６】この粉体状の酸化タングステンに、必要に
応じて、強度改善や電気抵抗値のコントロールのために
α−アルミナを混合し、テルピオネール等を加えてペー
スト状とし、センサ基体に塗布又は印刷した後、例えば
空気中で５００℃で１時間焼成する。

【００２７】このセンサ基体の表面に形成された成形体
に、必要に応じてシリカ系やアルミナ系のバインダーを
塗布した後、例えば空気中で７００℃で１時間焼成す
る。

【００２８】この焼成後の成形体に塩化白金酸水溶液を
塗布するなどして白金を添加し、更に空気中で７００℃
で１時間焼成して、ケトン感応素子６を形成する。

【００２９】このようにして得られるケトン感応素子６
を用い、このケトン感応素子６に電気抵抗測定用の一対
の電極を設けることにより、ケトンセンサを構成するこ
とができる。

【００３０】図１，２に示すケトンセンサでは、ヒータ
２５及び芯線２０をセンサ基体として、このヒータ２５
及び芯線２０を覆うように楕円球体状にケトン感応素子
６が形成されている。このケトンセンサは、有底筒状の
センサ筐体４０の底部を兼ねる樹脂製のベース３０と、
ベース３０を貫通してセンサ筐体４０内外に突出する３
本の端子１０₁，１０₂，１０₃と、端子１０₁，１０₂，
１０₃にリード線２０₁，２０₂，２０₃を接続固定して支
持されたセンシング部Ａと、センサ筐体４０の天上面に
設けられたガス導入用のステンレス製の金網４１とを備
えている。ここに、ヒータ２５は上述のリード線２
０₁，２０₂，２０₃間に設けられ、芯線２０は上述のリ
ード線２０₂により形成されている。また、リード線２
０₂とリード線２０₁，２０₃のいずれか一方とで電気抵
抗測定用の電極を構成し、リード線２０ ₁とリード線２
０₃とがヒータ加熱用の電極を構成している。尚、ケト
ン感応素子６の外径寸法は、長手方向の直径をほぼ０．
５ｍｍとし、短手方向の径をほぼ０．３ｍｍとしてあ
る。

【００３１】図３，４に示すケトンセンサでは、アルミ
ナ基板１をセンサ基体として用い、このアルミナ基板１
の一面にケトン感応素子６が形成されている。ここでア
ルミナ基板１の一面にはスルーホールにより他面の金電
極４Ａ′，４Ｂ′と接続された金電極４Ａ、４Ｂを図３
（ａ）に示すように設け、金電極４Ａ、４Ｂ間に亘るよ
うにケトン感応素子６が形成されている。またこのアル
ミナ基板１の他面側の各電極２Ａ，２Ｂ，４Ａ′，４
Ｂ′はにはリードワイヤ５を夫々接続して、リードワイ
ヤ５をベース３０に貫通した端子１０に接続してある。
センシング部Ａは、厚さ０．３ｍｍで一辺の長さが２ｍ
ｍの正方形のアルミナ基板１の他面に図３（ｂ）に示す
ように金電極４Ａ′，４Ｂ′及びヒータ用の金電極２
Ａ，２Ｂを設け、金電極２Ａ，２Ｂ間には酸化ルテニウ
ムからなるヒータ２５′を形成している。

【００３２】図５，６に示すケトンセンサでは、円筒状
のセラミック管７の外周に印刷により形成された対向電
極（図示せず）をセンサ基体として用い、この対向電極
の外面にケトン感応素子６が形成されている。センシン
グ部Ａは、対向電極及びケトン感応素子６が設けられた
セラミック管７の中にコイル状のヒータ２５を配設した
ものであって、軸方向の長さが３．５ｍｍ、外径が１．
２ｍｍに形成してある。また、ケトン感応素子６に接続
された４本のリードワイヤ５はベース３０に貫通した６
つの端子１０のうちの４つに接続され、ヒータ２５の両
端はそれぞれ残りの端子１０に接続されている。

【００３３】

【実施例】以下、本発明を実施例によって詳述する。

【００３４】（実施例１）ケトンセンサとして、図１，
２に示すものを作製した。ここで、ケトン感応素子６と
しては、次に示すようにして形成されたものを用いた。

【００３５】まず、メタタングステン酸アンモニウムを
空気中で５００°で１時間加熱して焼成した後、粉砕し
て、粉体状の酸化タングステンを得た。この粉体状の酸
化タングステンにテルピオネールを加えてペースト状と
し、センサ基体に塗布した後、空気中５００℃で１時
間、更に空気中７００℃で１時間焼成して成形体を得
た。この成形体に、白金含有量が酸化タングステンに対
して０．３質量％となるように塩化白金酸水溶液を添加
した後、空気中７００℃で１時間焼成してケトン感応素
子６を形成した。

【００３６】（実施例２〜７）白金を酸化タングステン
に対して０．０１質量％、０．１質量％、０．６質量
％、１質量％、３質量％、１０質量％の各割合で含むよ
うにした以外は実施例１と同様にして、各ケトン感応素
子６を形成し、このケトン感応素子６を用いて、図１，
２に示すようなケトンセンサを作製した。

【００３７】（実施例８）ケトンセンサとして、図１，
２に示すものを作製した。ここで、ケトン感応素子６と
しては、次に示すようにして形成されたものを用いた。

【００３８】まず、メタタングステン酸アンモニウムを
空気中で５００°で１時間加熱して焼成した後、粉砕し
て、粉体状の酸化タングステンを得た。この粉体状の酸
化タングステンに金を酸化タングステンに対して０．３
質量％配合し、更に空気中で５００℃で１時間加熱して
焼成した。更にテルピオネールを加えてペースト状と
し、センサ基体に塗布した後、空気中５００℃で１時
間、更に空気中７００℃で１時間焼成して成形体を得
た。

【００３９】この成形体に塩化白金酸水溶液を塗布して
白金を添加し、更に空気中で７００℃で１時間焼成し
て、白金を酸化タングステンに対して０．３質量％含む
と共に金を酸化タングステンに対して０．３質量％含む
ケトン感応素子６を形成した。

【００４０】（実施例９）金の代わりにパラジウムを用
いた以外は、実施例８と同様にして、白金を酸化タング
ステンに対して０．３質量％含むと共にパラジウムを酸
化タングステンに対して０．３質量％含むケトン感応素
子６を形成し、このケトン感応素子６を用いて、図１，
２に示すようなケトンセンサを作製した。

【００４１】（実施例１０）ケトンセンサとして、図
１，２に示すものを作製した。ここで、ケトン感応素子
６としては、次に示すようにして形成されたものを用い
た。

【００４２】まず、メタタングステン酸アンモニウムを
空気中で５００°で１時間加熱して焼成した後、粉砕し
て、粉体状の酸化タングステンを得た。この粉体状の酸
化タングステンにテルピオネールを加えてペースト状と
し、センサ基体に塗布した後、空気中で５００℃で１時
間焼成した。この成形体に、コロイダルシリカを塗布し
た後、空気中で７００℃で１時間焼成した。

【００４３】この焼成後の成形体に塩化白金酸水溶液を
白金量が酸化タングステンに対して０．３質量％となる
ように添加して、更に空気中で７００℃で１時間焼成し
てケトン感応素子６を得た。

【００４４】（比較例１）塩化白金酸水溶液の塗布によ
る白金の添加を行わなかった以外は実施例１におけるケ
トン感応素子６と同様にしてセンサ用素子を形成し、こ
のセンサ用素子を用いて図１，２に示すものと同様のセ
ンサを作製した。

【００４５】（比較例２）塩化白金酸水溶液の代わりに
塩化金酸水溶液を用いることにより素子中にＡｕを酸化
タングステンに対して０．３質量％含有するように添加
した以外は実施例１におけるケトン感応素子６と同様に
してセンサ用素子を形成し、このセンサ用素子を用いて
図１，２に示すものと同様のセンサを作製した。

【００４６】（比較例３）塩化白金酸水溶液の代わりに
塩化パラジウム水溶液を用いることにより素子中にＰｄ
を酸化タングステンに対して０．３質量％含有するよう
に添加した以外は実施例１におけるケトン感応素子６と
同様にしてセンサ用素子を形成し、このセンサ用素子を
用いて図１，２に示すものと同様のセンサを作製した。

【００４７】（比較例４）ケトン感応素子６の代わりに
次に示すように形成されたセンサ用素子を用いて図１，
２に示すものと同様のセンサを作製した。

【００４８】まず、塩化スズの水溶液をアンモニアで加
水分解してスズゾルを得、このスズゾルを風乾後、空気
中において５００℃で１時間焼成して酸化スズを得た。
この酸化スズに１０００メッシュのα−アルミナを等量
混合し、更にテルピオネールを加えてペースト状とし、
センサ基体に塗布した後、空気中で５８０℃で３時間焼
成して、酸化スズ製のセンサ用素子を形成した。

【００４９】（選択性評価）実施例１のケトンセンサ及
び比較例１〜４のセンサについて、素子温度３００℃で
の種々のガスに対するガス感度を調査した。ここでガス
感度は、特定のガスを含む雰囲気中におけるケトン感応
素子６及びセンサ用素子の電気抵抗値（Ｒ）を、清浄空
気中における電気抵抗値（Ｒａｉｒ）にて除した値（Ｒ
／Ｒａｉｒ）と定義する。

【００５０】この結果を図７〜９に示す。図７は実施例
１、図８（ａ）は比較例１、図８（ｂ）は比較例２、図
９（ａ）は比較例３、図９（ｂ）は比較例４の結果をそ
れぞれ示し、図７〜９中において、は雰囲気中のガス
濃度を３ｐｐｍとした場合、は雰囲気中におけるガス
濃度を３０ｐｐｍとした場合の結果を示す。

【００５１】これらの結果から明らかなように、実施例
１ではアセトンガスに対するガス感度の変化が大きい
が、他のガスに対してはガス感度が殆ど変化しないか、
アセトンガスの場合と比較してごく僅かしか変化しない
ものであり、ケトンであるアセトンを選択的に検知でき
るものであった。

【００５２】それに対して、比較例１〜４では、各種の
ガス混入雰囲気中において、アセトンの場合とのガス感
度の変化量の差が小さかったり、ガス感度の変化量がア
セトンの場合よりも大きくなったりするものであり、ア
セトン以外のガスをも検知してしまうものであった。

【００５３】（温度変動時の選択性評価）実施例１のケ
トンセンサ及び比較例１，４のセンサについて、素子温
度を変化させた場合の、種々のガスに対する電気抵抗値
Ｒｓ（ｋΩ）の変化を調査した。ここで、素子温度の変
更はヒータ２５への印加電圧（ＶＨ）を変化させること
により行った。

【００５４】この結果を図１０，１１に示す。図１０は
実施例１、図１１（ａ）は比較例１、図１１（ｂ）は比
較例４におけるそれぞれの評価結果を示すものであり、
図中にも示すように、×は清浄空気雰囲気中、●はアセ
トンを１００ｐｐｍ含む雰囲気中、▼は２−ペンタノン
を１００ｐｐｍ含む雰囲気中、□はエタノールを１００
ｐｐｍ含む雰囲気中、△は水素を１００ｐｐｍ含む雰囲
気中、◇は一酸化炭素を１００ｐｐｍ含む雰囲気中、▽
はメチルメルカプタンを３ｐｐｍ含む雰囲気中、■はア
ンモニアを１００ｐｐｍ含む雰囲気中における、それぞ
れの評価結果を示すものである。また図中に素子温度が
３００℃及び４００℃の場合でのヒータ２５への印加電
圧（ＶＨ）を示す。

【００５５】これらの結果から明らかなように、比較例
１，４ではいずれの温度においても、ケトンであるアセ
トン又は２−ペンタノンを含む雰囲気中における電気抵
抗値と、ケトン以外のガスを含む雰囲気中における電気
抵抗値とでは、大きな差が生じることが無く、ケトン以
外のガスをも検知してしまうものであった。

【００５６】それに対して、実施例１では広い温度領域
において、ケトンであるアセトン又は２−ペンタノンを
含む雰囲気中における電気抵抗値と、ケトン以外のガス
を含む雰囲気中における電気抵抗値とでは、大きな差が
生じるものであり、広い温度領域においてケトンを選択
的に検知することができた。特に３００〜４００℃の温
度領域において、ケトンを含む場合とケトンを含まない
場合との電気抵抗値の差が著しく増大し、この領域にお
いて特に優れたケトンの検知感度を有することが確認さ
れた。

【００５７】（ガス濃度特性評価）実施例１のケトンセ
ンサについて、素子温度３５０℃におけるガス感度（Ｒ
／Ｒａｉｒ）のガス濃度特性を調査した。

【００５８】この結果を図１２に示す。ここで、図中に
も示す通り、●はアセトンを含む雰囲気中、▲はエタノ
ールを含む雰囲気中、▽はアセトアルデヒドを含む雰囲
気中、■は水素を含む雰囲気中、◇は一酸化炭素を含む
雰囲気中、□はエチレンを含む雰囲気中、▼はメチルメ
ルカプタンを含む雰囲気中、△はアンモニアを含む雰囲
気中における評価結果をそれぞれ示す。

【００５９】これらの結果から明らかなように、広い濃
度領域において、アセトンを含む雰囲気中におけるガス
感度と、アセトン以外のガスを含む雰囲気中におけるガ
ス感度とでは、大きな差が生じるものであり、広い濃度
領域においてケトンを選択的に検知することができた。

【００６０】また、アセトンにおけるガス感度の変化
は、濃度変化に対してほぼ比例しており、アセトン濃度
を高い精度で測定できることが確認できた。

【００６１】（ガスクロマトグラフィーによる呼気中ア
セトン濃度の定量値と、ケトンセンサ感度との相関）実
施例１のケトンセンサが人の呼気中のアセトンを定量的
に検出できるかどうかを調べるために、１１人の健康な
被験者の呼気について、呼気に対するケトンセンサの感
度と、ガスクロマトグラフィーで定量したアセトン量に
相関があるかどうかを調べた。ケトンセンサの感度測定
は、素子温度２６０℃として、人の呼気を４秒間吹きか
け、吹きかける前の空気中での電気抵抗値（ＲＯ）と呼
気を吹きかけた後の最小の電気抵抗値（Ｒ）を測定し、
ガス感度（Ｒ／ＲＯ）を算出することにより行った。ま
た、同時にガスクロマトグラフィーによる呼気中のアセ
トンの定量を行った。この結果を図１３に示す。

【００６２】ガスクロマトグラフィーによる定量値とケ
トンセンサの感度とは、相関係数０．９５の高い相関性
を示し、ケトンセンサを用いて呼気中のアセトンを選択
的に高感度で検出可能であることが立証された。

【００６３】（白金添加量とガス感度の相関）実施例１
〜７のケトンセンサ及び比較例１のセンサについて、素
子温度３００℃における種々のガスに対するガス感度
（Ｒ／Ｒａｉｒ）を測定して、白金添加量とガス感度の
相関を調査した。ここでガス濃度は３ｐｐｍとした。

【００６４】この結果を表１及び図１４に示す。ここ
で、図１４では、図中にも示すように、○はアセトンガ
スを含む雰囲気中、＋はエタノールを含む雰囲気中、△
はアセトアルデヒドを含む雰囲気中、×は水素を含む雰
囲気中、□は一酸化炭素を含む雰囲気中、◇はエチレン
を含む雰囲気中、●はメチルメルカプタンを含む雰囲気
中での、それぞれの結果を示す。

【００６５】

【表１】

【００６６】これらの結果から明らかなように、白金が
添加されている実施例１〜６では、アセトンを含む雰囲
気中におけるガス感度と、アセトン以外のガスを含む雰
囲気中におけるガス感度とでは、大きな差が生じるもの
であり、アセトンの選択的な検知感度が高いものであ
る。それに対して白金を含まない比較例１では、アセト
ンを含む雰囲気中におけるガス感度と、アセトン以外の
ガスを含む雰囲気中におけるガス感度とでは、差が小さ
くなっており、アセトンの選択的な検知感度が低いもの
であった。また実施例７ではアセトンに対する感度が小
さくなる傾向が現れている。

【００６７】以上のことから、白金の含有量が０．０１
〜３質量％の範囲にあるときには、アセトン（ケトン）
を特に選択的に高感度で検知できることが確認された。

【００６８】（Ａｕ，Ｐｄの添加による応答性の改善）
実施例１，８，９のケトンセンサ及び比較例１のセンサ
を密閉容器内に配置すると共に素子温度を３００℃とし
た。この状態で、まず密閉容器内を清浄空気雰囲気に保
持した後、アセトンガスを注入してアセトンガスを１ｐ
ｐｍ含む雰囲気とし、この状態を保持した後、密閉容器
内のガスを排気すると共に清浄空気を注入して再び清浄
空気雰囲気とした。この間のケトン感応素子６の電気抵
抗値又はセンサ用素子の電気抵抗値を測定した結果を図
１５に示す。ここで、図中にも示すように、○は白金、
金、パラジウム等が混入していない比較例１、□は酸化
タングステンに対して白金を０．３質量％、金を０．３
質量％含む実施例８、△は酸化タングステンに対して白
金を０．３質量％含む実施例１、×は酸化タングステン
に対してパラジウムを０．３質量％含む実施例９の、そ
れぞれの結果を示す。

【００６９】これらの結果から明らかなように、比較例
１よりも実施例１，８，９の方が、アセトンガスの濃度
が変化した場合における電気抵抗値の変化速度が大きく
なり、特にアセトンガスの濃度が低下した場合の電気抵
抗値の変化速度が大きくなるものであって、応答性が良
好なものであった。

【００７０】また、金を添加した実施例８及びパラジウ
ムを添加した実施例９では、これらを添加していない実
施例１よりも、更に応答性が向上した。

【００７１】（シリカバインダーによる増感効果）実施
例１，１０のケトンセンサについて、素子温度３００℃
におけるアセトンとエタノールに対するガス感度（Ｒ／
Ｒａｉｒ）のガス濃度特性を調査した。

【００７２】この結果を図１６に示す。ここで、図１６
では、図中にも示すように、●及び○はシリカ系バイン
ダーを含む実施例１０の結果であり、●はアセトンを含
む雰囲気中、○はエタノールを含む雰囲気中のものであ
る。また▲及び△はシリカ系バインダーを含まない実施
例１の結果であり、▲はアセトンを含む雰囲気中、△は
エタノールを含む雰囲気中のものである。

【００７３】これらの結果から明らかなように、シリカ
系バインダーを含む実施例１０では、アセトンガスを検
知する場合のガス感度の変化量が増大し、検知感度が向
上した。またこのとき実施例１と実施例１０とでは、ア
セトンの場合とエタノールの場合とでの、ガス感度の差
が殆ど変わらないものであり、実施例１０においても実
施例１と同様に、アセトンを選択的に検知できるもので
ある。

【００７４】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係るケ
トン感応素子は、酸化タングステンに白金を添加して得
られる金属酸化物半導体から成るため、ケトンに対する
感度が高く、ケトンを選択的に検知することができるも
のであり、このケトン感応素子を用いて信頼性の高いケ
トンセンサを構成することができる。特に呼気内のアセ
トンガス検出用として好適に用いることができるもので
ある。

【００７５】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、白金の添加量を、酸化タングステンに対して０．０
１〜３質量％とするため、ケトン以外のガスの感度に対
するケトンの感度が特に向上し、ケトンの選択的検知性
を更に向上することができるものである。

【００７６】また請求項３の発明は、請求項１又は２に
おいて、シリカ系バインダーを添加するため、強度を向
上すると共に、ケトンの感度を更に向上することができ
るものである。

【００７７】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかにおいて、パラジウム又は金を添加するため、
ガス検知時の応答性を向上することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す、ガスセンサ
の要部概略構成図である。

【図２】同上の一部破断した正面図である。

【図３】本発明の実施の形態の他例の要部を示し、
（ａ）は一面側から視た斜視図、（ｂ）は他面側から視
た斜視図である。

【図４】同上の一部破断した斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態の更に他例の要部を示す、
一部破断した斜視図である。

【図６】同上の一部破断した斜視図である。

【図７】実施例１における、雰囲気−ガス感度特性を示
すグラフである。

【図８】（ａ）は比較例１、（ｂ）は比較例２の、雰囲
気−ガス感度特性を示すグラフである。

【図９】（ａ）は比較例３、（ｂ）は比較例４の、雰囲
気−ガス感度特性を示すグラフである。

【図１０】実施例１の、各種の雰囲気における素子加熱
用のヒータへの印加電圧−ガス感度特性を示すグラフで
ある。

【図１１】（ａ）は比較例１、（ｂ）は比較例４の、各
種の雰囲気における素子加熱用のヒータへの印加電圧−
ガス感度特性を示すグラフである。

【図１２】実施例１の、各種の雰囲気中における、ガス
濃度−ガス感度特性を示すグラフである。

【図１３】実施例１の、低濃度のアセトンを含む雰囲気
中における、ガス濃度−ガス感度特性を示すグラフであ
る。

【図１４】実施例１〜７及び比較例１の、各種の雰囲気
中における、白金添加量−ガス感度特性を示すグラフで
ある。

【図１５】実施例１、８，９及び比較例１の、アセトン
ガスに対する応答性を示すグラフである。

【図１６】実施例１，１０の、アセトンを含む雰囲気中
及びエタノールを含む雰囲気中におけるガス濃度−ガス
感度特性を示すグラフである。

【符号の説明】

６ケトン感応素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化タングステンに白金を添加して得ら
れる金属酸化物半導体から成ることを特徴とするケトン
感応素子。
【請求項２】白金の添加量を、酸化タングステンに対
して０．０１〜３質量％として成ることを特徴とする請
求項１に記載のケトン感応素子。
【請求項３】シリカ系バインダーを添加して成ること
を特徴とする請求項１又は２に記載のケトン感応素子。
【請求項４】パラジウム又は金を添加して成ることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のケトン感
応素子。