JP2005083840A

JP2005083840A - ガス検出器、及びガス検出方法

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Publication number: JP2005083840A
Application number: JP2003314844A
Authority: JP
Inventors: Soichi Tabata; 総一田畑; Katsumi Higaki; 勝己檜垣; Hiroichi Sasaki; 博一佐々木; Hisao Onishi; 久男大西; Kenji Kunihara; 健二国原; Takuya Suzuki; 卓弥鈴木; Takeshi Matsubara; 健松原; Mitsuo Kobayashi; 光男小林
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: JP4347641B2

Abstract

【課題】ヒータの低温期を短くしても、一酸化炭素検知性能の問題が発生しないだけでなく一酸化炭素検知性能が改善され、結果として平均消費電力を抑制でき、かつ一酸化炭素検知性能が改善されたガス検出器の提供。
【解決手段】金属酸化物層と触媒層とからなるガスセンサ本体を加熱するヒータを制御することにより、ガスセンサ本体の温度が高温期間と低温期間を繰り返し、少なくとも低温期間（T5）において所定濃度を超える一酸化炭素がガスセンサ本体に到達した場合に警報が発せられる機能を具備するガス検出器であって、触媒層の二酸化珪素（SiO_２）濃度が５重量％以下であり、かつ高温期間と低温期間の間にヒータをオフにする期間（T4）が挿入されてなるか、あるいは高温期間と低温期間の間に低温期間の温度よりも低い温度で推移する期間（T4）が挿入され、この期間（T4）が1.5-500秒であり、低温期間（T5）が0.03-10秒であるガス検出器。
【選択図】図３

Description

本発明はガス検出器に関し、詳しくはガスの漏洩あるいは不完全燃焼等による有毒ガスの発生を検知するガス検出器およびガス検出方法に関し、更に詳しくは消費電力の抑制（節電）を実現し得たガス検出器（「ガス警報器」を含む。以下同様）およびガス検出方法に関する。

従来、半導体式ガスセンサを使用して不完全燃焼等により発生する一酸化炭素ガスを検知する場合、あるいは都市ガスやＬＰガスの漏洩によるメタンガスやＬＰガスを検知するとともに不完全燃焼により発生する一酸化炭素ガスをも検知する場合には、センサ温度を次のように繰り返し変化させながら検知していた。すなわち、先ずセンサクリーニングを行うことを目的として、あるいはメタンやＬＰガスを検知することを目的としてガスセンサのヒータ部（以下、単に「ヒータ」という）に加える電力を高くし、これによって当該センサを数秒の期間、高温期とし、その後、一酸化炭素を検出するためにヒータに加える電力を低くして数秒から数十秒の期間、低温期に設定するという繰返しの変化によりガスを検知していた（例えば、特許文献１参照）。この高温期と低温期の繰り返し、および低温期において一定期間保持することにより、一酸化炭素ガスを性能良く検知することができていた。ここで、「一酸化炭素ガスを性能良く検知する」とは、次の４つの要件を満たすことをいう。すなわち、
第１に、雰囲気中での一酸化炭素ガス濃度が変化した場合に、センサの信号、すなわちセンサの電気抵抗が大きく変化し、従って種々の外乱に対して一酸化炭素ガスの濃度の定量精度が高いこと。

第２に、雰囲気の温度や湿度が変化した場合でも、一酸化炭素ガス検出時のセンサの信号、すなわちセンサの電気抵抗が変化しにくく、従って雰囲気の温度や湿度の変化に対して一酸化炭素ガスの検出精度が影響を受け難いこと。

第３に、検知して欲しくない一酸化炭素ガス以外の干渉ガス（例えば水素、アルコールなど）の存在によってセンサの信号が生じ難い（センサの抵抗が変化し難い）、要するに雰囲気中に干渉ガスが存在した場合にも誤報を生じ難いこと。

第４に、検知したい濃度の一酸化炭素ガスを含んだガス中でのセンサの電気抵抗値が検出器の電気回路により容易に測定し易い抵抗値の領域であること、つまり高くとも１メガオーム以下、望ましくは１００キロオーム以下であること、
が「一酸化炭素ガスを性能良く検知する」４つの要件である。

一方、ガス検知を乾電池等のバッテリーを用いて行う場合に鑑み、センサの平均消費電力を最小限に抑制したいという強い要請がある。センサの平均消費電力の大部分はセンサをガス検知やセンサクリーニングに必要な温度まで加熱するためのヒータでの平均消費電力により占められている。ヒータでの平均消費電力は、センサ加熱時のヒータ消費電力とセンサ加熱時間の積に比例して決まる。センサ加熱時のヒータ消費電力に関しては高温期の方が大きいのに対して低温期の方が小さく、逆にセンサの加熱時間に関しては高温期の方が短いのに対して低温期の方が長い。よって、センサの節電（消費電力を抑制するの）を行うために数秒間の高温期および数秒から数十秒間の低温期の両方においてセンサ加熱時のヒータ消費電力を抑制し、更にセンサ加熱時間を短くすることが重要である。

まず高温期に関しては、センサのサイズを小さくすることにより、即ちセンサをマイクロ化してマイクロセンサとすることで放熱や伝熱を小さくし、少ないヒータ消費電力でセンサをガス検知やセンサクリーニングに必要な温度まで加熱することが検討されている。またセンサをマイクロ化することによりセンサの熱容量を小さくし、センサの温度が素早く上昇するように設計することでセンサを加熱している時間を短くし、消費電力を小さくすることも検討されている。例えば、従来のセンサでは、熱容量が大きくセンサが高温となるのに長い時間が必要であったために、センサクリーニングを行うことを目的として、あるいはメタンやＬＰガスを検知することを目的としてヒータに加える電力を高くし、これによって当該センサを高温期とするために数秒程度必要であったものが、マイクロセンサでは数十ミリから数百ミリ秒程度で済むために、高温期のセンサ加熱に起因するセンサの平均消費電力を大幅に減らすことができる様になっている。

他方、低温期も関しても、センサをマイクロ化することで、放熱や伝熱を小さくし、少ないヒータ消費電力でセンサを一酸化炭素ガス検知に必要な温度に加熱することが検討されている。
特開２０００−１９３６２３号公報

しかしながら、高温期のヒータ消費電力がセンサをマイクロセンサとすることによる放熱や伝熱の低下と、熱容量の低下による加熱時間の短縮による相乗効果により大幅に低下できたのに対して、低温期のヒータ消費電力に関しては放熱・伝熱の低下による効果のみしか実現されていない（後述の比較例１，２参照）。

低温期の消費電力量を更に小さくするためには、低温期の加熱時間を短くするか低温期の温度を下げて低温期の消費電力を更に小さくすることが必要である。しかし、低温期のヒータ加熱時間を短くした場合には、一酸化炭素ガスの吸着が充分に行われず、良好な一酸化炭素ガス検知性能が発揮されなかった（後述の比較例３，４参照）。

また、低温期のヒータ消費電力を抑制した場合にはセンサ温度が室温程度まで低下し、これにより一酸化炭素は順調に吸着される一方で、空気中の水分がセンサに必要以上に吸着してしまい、一酸化炭素検知性能の温度湿度依存性が大きくなるなどの問題が発生した（後述の比較例５，６参照）。

［発明の目的］
本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒータの低温期を短くしても、一酸化炭素検知性能の問題が発生しないだけでなく一酸化炭素検知性能が改善され、結果として平均消費電力を抑制でき（節電可能）、尚かつ一酸化炭素検知性能が改善されたガス検出器を提供するところにある。

請求項１に記載のガス検出器は、被検出ガスが到達した場合にセンサ信号を発するガスセンサ本体が設けられ、前記ガスセンサ本体は触媒層を備え、前記触媒層においては、前記被検出ガスの検出特性を改善する１種または複数種の触媒を担持する１種または複数種の金属酸化物がバインダーを介して互いに結合してなり、前記ガスセンサ本体を加熱するヒータを制御することにより、当該ガスセンサ本体の温度が高温期間と低温期間を繰り返し、少なくとも低温期間（Ｔ５）において所定濃度を超える一酸化炭素が前記ガスセンサ本体に到達した場合に警報が発せられる機能を具備するガス検出器であって、
前記触媒層の二酸化珪素（ＳｉＯ_２）濃度が５重量％以下であり、かつ前記高温期間と低温期間の間にヒータをオフにする期間（Ｔ４）が挿入されてなるか、あるいは前記高温期間と低温期間の間に当該低温期間の温度よりも低い温度で推移する期間（Ｔ４）が挿入され、この期間（Ｔ４）が１．５〜５００秒であり、前記低温期間（Ｔ５）が、０．０３〜１０秒であることを特徴とする。

請求項２に記載のガス検出器は、被検出ガスが到達した場合にセンサ信号を発するガスセンサ本体が設けられ、前記ガスセンサ本体は触媒層を備え、前記触媒層においては、前記被検出ガスの検出特性を改善する１種または複数種の触媒を担持する１種または複数種の金属酸化物がバインダーを介して互いに結合してなり、前記ガスセンサ本体を加熱するヒータを制御することにより、当該ガスセンサ本体の温度が高温期間と低温期間を繰り返すとともに、前記高温期間と低温期間の間にヒータをオフにする期間（Ｔ４）が挿入されるか、あるいは前記高温期間と低温期間の間に当該低温期間の温度よりも低い温度で推移する期間（Ｔ４）が挿入されてなり、少なくとも前記低温期間（Ｔ５）において所定濃度を超える一酸化炭素が前記ガスセンサ本体に到達した場合に警報が発せられる機能を具備するガス検出器であって、
前記触媒層の二酸化珪素（ＳｉＯ_２）濃度が５重量％以下であり、かつ前記高温期間と低温期間の間に挿入される期間（Ｔ４）が、１．５〜５００秒であり、前記低温期間（Ｔ５）が、０．０３〜１０秒であることを特徴とする。

請求項３に記載のガス検出方法は、被検出ガスが到達した場合にセンサ信号を発するガスセンサ本体が設けられ、前記ガスセンサ本体は触媒層を備え、前記触媒層においては、前記被検出ガスの検出特性を改善する１種または複数種の触媒を担持する１種または複数種の金属酸化物がバインダーを介して互いに結合し、かつ二酸化珪素（ＳｉＯ_２）濃度が５重量％以下であり、前記ガスセンサ本体を加熱するヒータを制御することにより、当該ガスセンサ本体の温度が高温期間と低温期間を繰り返し、少なくとも低温期間（Ｔ５）において所定濃度を超える一酸化炭素が前記ガスセンサ本体に到達した場合に警報が発せられるようにしたガス検出器によるガス検出方法であって、
前記高温期間と低温期間の間にヒータをオフにする期間（Ｔ４）を挿入するか、あるいは前記高温期間と低温期間の間に当該低温期間の温度よりも低い温度で推移する期間（Ｔ４）を挿入し、前記高温期間と低温期間の間に挿入される期間（Ｔ４）を、１．５〜５００秒とし、前記低温期間（Ｔ５）を、０．０３〜１０秒とすることを特徴とする方法である。

本発明により、ヒータのオフ期間を長くしても一酸化炭素検知性能に問題が発生せず、結果として消費電力を抑制できる。

ガスセンサ（マイクロセンサ）
本発明に使用するガスセンサとしては特に限定はないが、より小さいセンサの方が消費電力の抑制効果の恩恵を受けることができるので、マイクロセンサであることが好ましい。

ここで「マイクロセンサ」を定義するならば、例えば高温期間（ガスセンサ本体のクリーニングに要する高温期間あるいは可燃性ガスの検出に要する高温期間）の時間的長さが０．０１秒〜０．５秒であるようなセンサであると言うことができ、また物質的な大きさから言えば、支持部を除いたセンサ本体部分（実際にガスを検出するために温度が上昇する部分）の平面から見た縦横の長さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、厚みが０．０１〜０．１ｍｍであるようなセンサである。

あるいは、一回のガス検出のために必要な高温期間での消費電力量が５０ｍＪ未満のセンサと定義付けすることができる。

感ガス層
感ガス層は、例えば酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化インジュウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）などのｎ型半導体を、例えばスパッタリング法などにより形成したものである。

触媒層
ガスセンサ本体に含まれる触媒層は、触媒を担持する金属酸化物が、バインダーを介して互いに結合することにより構成される。

触媒としては、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）などが挙げられる。

金属酸化物としては、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化インジュウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化銅（ＣｕＯ）あるいはこれらの混合物などが挙げられる。

また、金属酸化物（触媒を担持する金属酸化物）同士を結合させるバインダーとしては、例えばアルミナ微粉末、アルミナゾル、シリカ微粉末、シリカゾル、マグネシアなどが挙げられる。

触媒、金属酸化物、バインダーはいずれも、１種類を単独で使用してもよいし、２種以上を併用することもできるが、触媒層全体を１００重量部とした場合のシリカ（ＳｉＯ_２）の量は５重量部以下である。５重量部を超える場合、消費電力を抑えるべく（節電を図るべく）前記高温期間と低温期間の間にヒータをオフにする期間を挿入（あるいは前記高温期間と低温期間の間に当該低温期間の温度よりも低い温度で推移する期間を挿入）した場合において、湿度依存性の問題が生じ、雰囲気湿度毎に測定値が大きくばらつくといった問題が生じる。なお、シリカ（ＳｉＯ_２）の配合量の好ましい範囲は３重量部以下（３重量％以下）であり、下限を設定するとすれば０．０１重量部（０．０１重量部％）以上となるが、もちろんシリカを全く使用しない実施態様（シリカ：０重量％）も本発明に含まれる。

制御方法
ヒータを制御することにより、ガスセンサ本体の温度を変えることができる。すなわち、図３（ａ）に示されているように、ヒータのパワーをＯＮにして電圧を上げ、ガスセンサ本体の温度をHighにする（例えば約３００℃〜４５０℃）。このHighの状態を０．０２〜０．５秒間続け（Ｔ１）、ガスセンサ本体のクリーニングを行った後、あるいは可燃性ガスの漏洩検知を行った後、一旦ヒータのパワーをＯＦＦにする。このＯＦＦの状態を０．０５〜２５０秒間続け（Ｔ４）、再度ヒータのパワーをＯＮにしてガスセンサ本体の温度をＣＯ検出温度であるLowまで引き上げ（約６０℃〜２００℃）、このLowの状態を０．０５〜２秒間続ける（Ｔ５）。

このＴ４期間とＴ５期間の合計は、ガスセンサ本体に対するＣＯの吸着が十分に行われ得る時間である。そして、Ｔ５期間においてＣＯの検知を行ったのち、ヒータのパワーをＯＦＦにする。このＯＦＦの状態を０〜２５０秒間続け（Ｔ３）、再度ヒータのパワーをＯＮにして前記Ｔ１期間に戻る。なお、前記したＴ３期間（ＣＯ検知の後の低温期間）を省略し、ＣＯ検出の後、直ぐにＴ１期間に入ることもできる。

また、前記Ｔ４期間は、必ずしもＯＦＦでなければならないことはなく、図３（ｂ）に示されているように、ＣＯ検出温度よりも低い温度（例えば室温程度の温度〜約８０℃、好ましくは約６０℃、さらに好ましくは約４０℃）で推移する期間であってもよい。

本発明の一実施例を挙げてさらに説明するが、本発明はこれによって限定するものではない。

ガスセンサの構造
図１に基づいて、本発明のガス検出器に用いるガスセンサ（10）の構造を説明する。図において、符号（12）はマイクロヒータである。マイクロヒータ（12）は、内方側の部分がエッチング処理され空間（12ａ）が形成されたシリコン基板（12ｂ）と、このシリコン基板（12ｂ）の上に設けられたシリコン酸化物製の支持層（12ｃ）と、この支持層（12ｃ）の上面に設けられたヒータ層（12ｄ）と、ヒータ層（12ｄ）を具備した絶縁層（12ｅ）からなる。

ガスセンサ（10）は、上記のマイクロヒータ（12）と、このマイクロヒータ（12）の上に設けられたガスセンサ本体（14）とからなる。また、このガスセンサ本体（14）は、感ガス層（14ａ）と触媒層（14ｂ）からなる。

触媒層（14ｂ）は、例えばパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）あるいはセリウム（Ｃｅ）などの金属を担持させたアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子の多数をシリカ（ＳｉＯ_２）よりなるバインダーを介して結合させたものである。

マイクロヒータ（12）への通電を制御することによって感ガス層（14ａ）の温度を上げてガスセンサ本体（14）の温度を高温とする高温期間、あるいは低温とする低温期間とに入れ換えることができる。そして、高温期間（例えば５秒間）においては、ガスセンサ本体（14）の表面のクリーニングを行ったり、あるいはメタンガスや液化石油ガス（イソブタンガス）などの可燃性ガスの漏洩を検出し、また低温期間（例えば１５秒間）においては一酸化炭素を検出する。

本実施例では、高温期間において可燃性ガスを検出し、低温期間において一酸化炭素ガスを検出するタイプのガスセンサ（すなわち、高温期間において所定濃度を超える都市ガスまたは液化石油ガスが前記ガスセンサ本体（14）に到達した場合に警報が発せられる機能と、低温期間において所定濃度を超える一酸化炭素が前記ガスセンサ本体（14）に到達した場合に警報が発せられる機能の両方を備えたタイプのガスセンサ）を挙げるが、本発明はこれに限らず、高温期間を上記可燃性ガスの検出に用いずにセンサ表面のクリーニング期間とし、低温期間において一酸化炭素ガスを検出するタイプのガスセンサに用いることもできる。

電圧の印加
図２および図３（ａ）はいずれも、ガスセンサ（10）に関するタイムチャートであり、縦軸は印加する電圧（マイクロヒータ（12）のパワー）、横軸は時間である。

図２にあっては、マイクロヒータ（12）のパワーをＯＮにして電圧を上げ、ガスセンサ本体（14）の温度をHighに設定する（約３５０℃）。このHighの状態を０．０５秒間続け（Ｔ１）、可燃性ガスの漏洩検知を行った後、電圧を下げてガスセンサ本体（14）の温度をLowまで下げる（約１００℃）。このLowの状態を１０秒間続け（Ｔ２：ＣＯ吸着を待つ時間）、ＣＯの検知を行ったのち、マイクロヒータ（12）のパワーをＯＦＦにする。このＯＦＦの状態を３０秒間続け（Ｔ３）、再度マイクロヒータ（12）のパワーをＯＮにしてガスセンサ本体（14）の温度をHighにし、前記Ｔ１期間に戻る。

図３（ａ）にあっては、マイクロヒータ（12）のパワーをＯＮにして電圧を上げ、ガスセンサ本体（14）の温度をHighにする（約３５０℃）。このHighの状態を０．０５秒間続け（Ｔ１）、可燃性ガスの漏洩検知を行った後、一旦マイクロヒータ（12）のパワーをＯＦＦにする。このＯＦＦの状態を９．８秒間続け（Ｔ４）、再度マイクロヒータ（12）のパワーをＯＮにしてガスセンサ本体（14）の温度をＣＯ検出温度であるLowまで上げ（約１００℃）、このLowの状態を０．２秒間続ける（Ｔ５）。

このＴ４期間とＴ５期間の合計は、上記した図２におけるＴ２期間の長さと同一であり、ＣＯの吸着が十分に行われ得る時間である。Ｔ５期間においてＣＯの検知を行ったのち、マイクロヒータ（12）のパワーをＯＦＦにする。このＯＦＦの状態を３０秒間続け（Ｔ３）、再度マイクロヒータ（12）のパワーをＯＮにして前記Ｔ１期間に戻る。

なお、上記したＴ１期間〜Ｔ５期間の入れ換えは、マイクロヒータ（12）への通電を制御することにより行う。

湿度依存性試験
触媒層（14ｂ）におけるシリカの含有量を２％または１０％として得たガスセンサ（10）を使い、かつ雰囲気条件（標準湿度、低湿度および高湿度）を変えてＣＯの検出試験を行った。各雰囲気湿度の具体的湿度（％）およびＴ１期間〜Ｔ５期間の具体的時間を下記［表１］の通りとし、電圧の印加方法を図２および図３（ａ）の二通りで行なった。

結果と考察
［表２］は、平均消費電力を減らすために、駆動条件を変えた場合に、シリカ含有量が多いものと少ないものそれぞれについて、どのような一酸化炭素検知特性を示したかについて説明するための実施例および比較例を整理したものである。

改良前駆動条件（図２参照）は、平均消費電力を減らすための駆動条件の工夫を加えなかった場合で、Low時間（T２）が１０秒と長いことが原因となって、消費電力が非常に大きくなっている（この時の平均消費電力を１００％とする）。

比較例１および比較例２を見ると、一酸化炭素の検知は一応できているが、性能的には不十分である。すなわち、比較例１，２ともに一酸化炭素の濃度勾配（検知対象ガス中の一酸化炭素濃度が変化した際にどれだけセンサ抵抗が変化するか）があまり大きくない。温度湿度依存性（温度や湿度が変化した場合にどれだけ一酸化炭素中のセンサ抵抗が変化するか）も少し大きくなっている。また、干渉ガス（検知したくないガス。ノイズ。）の代表である水素１０００ｐｐｍ中の抵抗値が比較的小さく、干渉ガスに対するセンサの信号が生じ易いと言える。

またシリカ濃度が小さい場合（比較例２）には、１００ｐｐｍの一酸化炭素ガスを含んだガス中でのセンサ抵抗が温度湿度条件によっては１００キロオームを超えることがあり、あまり望ましいとは言えない。

駆動条件１では、平均消費電力を下げるために改良前駆動条件に対してLow時間（Ｔ２）を０．５秒で短くしたものである。これにより、平均消費電力を約７分の１の１５％にまで下げることができる。

シリカ濃度が多い場合の比較例３を見ると、一酸化炭素の濃度勾配が大きく一見すれば望ましいように思われるが、温度湿度依存性が大きい点および水素１０００ｐｐｍ中の抵抗値が低い点が問題である。シリカ濃度が小さい場合の比較例４に関しては、温度湿度依存性が非常に大きく工業用として相応しくない。また、一酸化炭素中での抵抗値が１メガオームを超える場合があるなど非常に高くなっている。これは、Low時間を短くしたために、一酸化炭素のセンサへの吸着が充分に行われていないことが原因であると考えられる。

駆動条件２は、平均消費電力を減らすために、改良前駆動条件に対してLow時のヒータ投入電力を２０分の１にしたものである。これにより、はやり平均消費電力を約７分の１の１５％にまで下げることができる。尚、通常のLow時のセンサ温度が１００℃前後であるのに対して、この駆動条件では室温プラス４℃程度となっている。

Low温度が低い場合の比較例５，６では、水素１０００ｐｐｍ中での抵抗値が高く、干渉ガスの受け難いという長所があるものの、温度湿度依存性が非常に大きいという問題がある。また、一酸化炭素に対する濃度勾配が非常に小さいという問題もある（シリカ濃度が低い場合は１００ｐｐｍ以上において）。Low温度を下げたことにより、センサ温度が室温近辺にまで下がり、水分の過剰な吸着などの悪影響を与えたと考えられる。

駆動条件３は、平均消費電力を減らすために図３の駆動条件を採用したものである。これにより、やはり平均消費電力を約７分の１の１５％にまで下げることができる。なお、Low時のヒータ投入電力は改良前や駆動条件１と同じで、センサ温度はLow時に１００℃程度になっている。またＴ４期間の電力はＯＦＦにしている。

シリカ濃度が低い場合の実施例１においては、比較例全般と比べ、優れた一酸化炭素検知性能を示している。一酸化炭素の濃度勾配が高く、温度湿度依存性が非常に小さくなっている。また、水素１０００ｐｐｍ中での抵抗値が高く、干渉ガスに対するセンサ感度が抑えられている。一酸化炭素中の抵抗値もほぼ１００キロオーム以下となっている。

一方、シリカ濃度が高い場合（比較例７）においては、例えば比較例１と比べて水素１０００ｐｐｍ中での抵抗値が高くなっているという長所があるが、シリカ濃度が低い例（実施例１）ほどの優れた特徴は発現されていない。

図３の駆動条件を採用し、シリカ濃度が低い条件と組み合わせることで、特異性に優れた特徴が発現したと考えられる。図３の駆動条件によって一旦室温にしたのち、Low（１００℃程度の温度）とすることが一酸化炭素検知性能を向上させ、またシリカ濃度を下げることで室温付近での水分の過剰な吸着などの悪影響を抑制しているものと考えられる。

下記［表３］は、図３の駆動条件において、Low期間のＴ５時間の長さを変化させた場合の実施例および比較例を整理したものである。

Ｔ５時間が０．０２秒の場合（比較例８）は、一酸化炭素が１００ｐｐｍ以上の場合の濃度勾配が小さく充分な性能とは言えない。Ｔ５時間が０．０５以上の場合（実施例１〜４）には良好な特性を示している。０．２秒以上で良好な特性を示しており、Ｔ５時間が２秒でもその良好な特性は維持されている。但し、Ｔ５時間が長くなりすぎると、平均消費電力を抑制する効果が薄れるため、Ｔ５時間は、０．０３秒〜１０秒の範囲である必要があり、０．０４〜５秒が好ましく、０．０５〜２秒がさらに好ましい。

下記［表４］は、図３の駆動条件において、High期間とLow期間の間の室温付近の期間（Ｔ４時間）を変化させた場合の実施例および比較例を整理したものである。この際、Ｔ４期間はＯＦＦとしている。

Ｔ４期間が１秒では、一酸化炭素中の抵抗値、特に低温低湿時の抵抗値が非常に大きく、工業的に相応しくない。Ｔ４が２秒以上では比較的良好な特性を示している。Ｔ４を２５０秒とした場合にも１０秒の場合よりは劣るが、依然として良好な特性は維持されている。ただし、Ｔ４を余り長くすると、検知の周期が実用上許容される範囲を逸脱するので、Ｔ４時間は、１．５秒〜５００秒の範囲である必要があり、２秒〜２５０秒であることが好ましい。

不完全燃焼により発生する一酸化炭素ガスを検知する装置、不完全燃焼により発生する一酸化炭素ガスを検知するのみならず、都市ガスやＬＰガスの漏洩によるメタンガスやＬＰガスを検知する装置に適用できる。

図１は本発明に係るガスセンサの一実施形態の縦断面図である。図２はガスセンサ本体に対する従来の電圧印加方法を示す図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）はいずれも、ガスセンサ本体に対する本発明の電圧印加方法を示す図である。図４は、（ａ）実施例１、（ｂ）実施例２、及び（ｃ）実施例３におけるガス濃度に対するセンサ抵抗値の変化を示すグラフ図である。図５は、（ａ）実施例４、（ｂ）実施例５、及び（ｃ）実施例６におけるガス濃度に対するセンサ抵抗値の変化を示すグラフ図である。図６は、（ａ）比較例１、（ｂ）比較例２、及び（ｃ）比較例３におけるガス濃度に対するセンサ抵抗値の変化を示すグラフ図である。図７は、（ａ）比較例４、（ｂ）比較例５、及び（ｃ）比較例６におけるガス濃度に対するセンサ抵抗値の変化を示すグラフ図である。図８は、（ａ）比較例７、（ｂ）比較例８、及び（ｃ）比較例９におけるガス濃度に対するセンサ抵抗値の変化を示すグラフ図である。

符号の説明

１０ガスセンサ
１２マイクロヒータ
１４ガスセンサ本体
１４ａ感ガス層
１４ｂ触媒層

Claims

被検出ガスが到達した場合にセンサ信号を発するガスセンサ本体が設けられ、
前記ガスセンサ本体は触媒層を備え、
前記触媒層においては、前記被検出ガスの検出特性を改善する１種または複数種の触媒を担持する１種または複数種の金属酸化物がバインダーを介して互いに結合してなり、
前記ガスセンサ本体を加熱するヒータを制御することにより、当該ガスセンサ本体の温度が高温期間と低温期間を繰り返し、少なくとも低温期間（Ｔ５）において所定濃度を超える一酸化炭素が前記ガスセンサ本体に到達した場合に警報が発せられる機能を具備するガス検出器であって、
前記触媒層の二酸化珪素（ＳｉＯ_２）濃度が５重量％以下であり、かつ
前記高温期間と低温期間の間にヒータをオフにする期間（Ｔ４）が挿入されてなるか、あるいは前記高温期間と低温期間の間に当該低温期間の温度よりも低い温度で推移する期間（Ｔ４）が挿入され、この期間（Ｔ４）が１．５〜５００秒であり、前記低温期間（Ｔ５）が、０．０３〜１０秒であることを特徴とするガス検出器。
被検出ガスが到達した場合にセンサ信号を発するガスセンサ本体が設けられ、
前記ガスセンサ本体は触媒層を備え、
前記触媒層においては、前記被検出ガスの検出特性を改善する１種または複数種の触媒を担持する１種または複数種の金属酸化物がバインダーを介して互いに結合してなり、
前記ガスセンサ本体を加熱するヒータを制御することにより、当該ガスセンサ本体の温度が高温期間と低温期間を繰り返すとともに、前記高温期間と低温期間の間にヒータをオフにする期間（Ｔ４）が挿入されるか、あるいは前記高温期間と低温期間の間に当該低温期間の温度よりも低い温度で推移する期間（Ｔ４）が挿入されてなり、少なくとも前記低温期間（Ｔ５）において所定濃度を超える一酸化炭素が前記ガスセンサ本体に到達した場合に警報が発せられる機能を具備するガス検出器であって、
前記触媒層の二酸化珪素（ＳｉＯ_２）濃度が５重量％以下であり、かつ
前記高温期間と低温期間の間に挿入される期間（Ｔ４）が、１．５〜５００秒であり、前記低温期間（Ｔ５）が、０．０３〜１０秒であることを特徴とするガス検出器。
被検出ガスが到達した場合にセンサ信号を発するガスセンサ本体が設けられ、前記ガスセンサ本体は触媒層を備え、前記触媒層においては、前記被検出ガスの検出特性を改善する１種または複数種の触媒を担持する１種または複数種の金属酸化物がバインダーを介して互いに結合し、かつ二酸化珪素（ＳｉＯ_２）濃度が５重量％以下であり、前記ガスセンサ本体を加熱するヒータを制御することにより、当該ガスセンサ本体の温度が高温期間と低温期間を繰り返し、少なくとも低温期間（Ｔ５）において所定濃度を超える一酸化炭素が前記ガスセンサ本体に到達した場合に警報が発せられるようにしたガス検出器によるガス検出方法であって、
前記高温期間と低温期間の間にヒータをオフにする期間（Ｔ４）を挿入するか、あるいは前記高温期間と低温期間の間に当該低温期間の温度よりも低い温度で推移する期間（Ｔ４）を挿入し、
前記高温期間と低温期間の間に挿入される期間（Ｔ４）を、１．５〜５００秒とし、
前記低温期間（Ｔ５）を、０．０３〜１０秒とすることを特徴とするガス検出方法。