JP2006337150A - 可燃性ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 水素原子を含む可燃性ガスが低温であっても、当該可燃性ガスを正しく検出し得るようにした可燃性ガスセンサを提供する。
【解決手段】 センサユニット２００において、検出素子４００は、その下側絶縁層４２０にて、断熱部材２７０を介し、金属製端子台２６０に支持されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、水素原子を含む可燃性ガスを検出するのに適した可燃性ガスセンサに関するものである。

従来、この種の可燃性ガスセンサとしては、例えば、下記特許文献１にて開示されているような可燃性ガス検出器が提案されている。この可燃性ガス検出器において、その検出素子は、発熱抵抗体と、半導体基板と、この半導体基板の表面上に形成されて発熱抵抗体を内包する絶縁部材と、この絶縁部材の表面のうち発熱抵抗体に対する対応部位に形成される酸化触媒とを備えている。
特開２００３−１９４７５９号公報

ところで、上記可燃性ガス検出器においては、被検出ガス中の可燃性ガスを検出するにあたり、検出素子の酸化触媒は、被検出ガス側に位置する必要がある。このため、検出素子は、その半導体基板でもって、その裏面側から、端子台等の支持部材に支持される。

このような状態において、可燃性ガス検出器は、発熱抵抗体への通電による当該発熱抵抗体の発熱のもと、可燃性ガスを検出する。

ここで、可燃性ガスは、水素原子を含むガスであるため、この可燃性ガスは、空気中において、酸化触媒と接触燃焼反応を起こし、水蒸気を発生する。

また、上述の支持部材が金属で形成されていると、発熱抵抗体の熱は、支持部材を通して放熱されるため、当該発熱抵抗体の熱は検出素子にはとどまりにくい。

従って、被検出ガスの温度が低温度になると、検出素子の絶縁部材や酸化触媒の表面、即ち、検出素子の表面部位が被検出ガスにより冷却されることとなる。このため、上述の水蒸気が検出素子の表面部位で結露し、その結果、可燃性ガスセンサとしての検出出力に異常が発生するという不具合を招く。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、水素原子を含む可燃性ガスが低温であっても、当該可燃性ガスを正しく検出し得るようにした可燃性ガスセンサを提供することを目的とする。

上記課題の解決にあたり、本発明に係る可燃性ガスセンサは、請求項１の記載によれば、検出素子（４００）と、この検出素子を支持する金属製支持部材（２６０）とを備える。
当該可燃性ガスセンサにおいて、支持部材と検出素子との間に設けてなる断熱部材（２７０、２８０）を備えており、
検出素子は、
半導体基板（４１０）と、発熱抵抗体（４３０）と、半導体基板の表面上に設けられて発熱抵抗体を内包する絶縁部材（４２０）と、この絶縁部材のうち発熱抵抗体に対する対応部位上に設けられる酸化触媒（４８０）とを有して、
半導体基板にてその裏面側から断熱部材を介し支持部材に支持されるようにしたことを特徴とする。

このように構成したことにより、当該可燃性ガスセンサが、水素ガスを含む可燃性ガスの雰囲気内に配置されると、検出素子は、酸化触媒側から、上記可燃性ガスの雰囲気内に位置することとなる。

従って、発熱抵抗体がその通電により発熱している状態において、上記可燃性ガスが検出素子の酸化触媒に接触するように流動すると、当該可燃性ガスは、酸化触媒と接触燃焼反応を起こして、水蒸気を発生する。

一方、支持部材と検出素子との間に設けられている断熱部材は、その断熱作用により、検出素子を支持部材から良好に断熱する。従って、発熱抵抗体の発熱により検出素子に生じた熱が、支持部材に伝わり難くなり、断熱部材により熱の伝導が抑制されて、検出素子にとどまり易くなる。

従って、可燃性ガスの温度が低くても、検出素子がその表面側から可燃性ガスにより冷却されることが抑制され得る。その結果、上述のように発生した水蒸気が検出素子の表面側で結露することが防止され、可燃性ガスセンサとしての検出出力が正しく確保され得る。なお、断熱部材の熱伝導率は、半導体基板の熱伝導率よりも小さいことが好ましい。

また、本発明に係る可燃性ガスセンサは、請求項２の記載によれば、
検出素子（４００）と、この検出素子を支持する金属製支持部材（２６０）とを備える。
当該可燃性ガスセンサにおいて、支持部材と検出素子との間に設けてなる断熱部材（２７０、２８０）を備えており、
検出素子は、
半導体基板（４１０）と、この半導体基板の表面に形成される絶縁部材（４２０）と、この絶縁部材に互いに間隔をおいて内包される複数の発熱抵抗体（４３０）と、この絶縁部材のうち複数の発熱抵抗体のうちの一つの発熱抵抗体に対する対応部位に形成される酸化触媒（４８０）とを有し、かつ、半導体基板のうち複数の発熱抵抗体の各々に対する対応部位にはそれぞれ凹部（４１１）を形成してなり、
半導体基板にてその裏面側から断熱部材を介し支持部材に支持されるようにしたことを特徴とする。

このように構成したことにより、請求項１に記載の発明と異なり、発熱抵抗体が複数であり、半導体基板が、各発熱抵抗体に対応して凹部を有していても、請求項１に記載の発明と同様の作用効果が達成され得る。

また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１或いは２に記載の可燃性ガスセンサにおいて、断熱部材が有する検出素子と支持部材との間の最短距離方向の任意の位置にて上記最短距離方向と直交する方向の断熱部材の断面積が、検出素子の半導体基板の上記裏面側の面積よりも小さいことを特徴とする。

これにより、検出素子から支持部材に伝わる熱伝導経路の断面積が少なくなるので、断熱部材の検出素子に対する断熱作用が良好に発揮されて、請求項１或いは２に記載の発明の作用効果がより一層向上され得る。

また、本発明は、請求項４の記載によれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載の可燃性ガスセンサにおいて、断熱部材と半導体基板との接触面積は、半導体基板の上記裏面側の面積よりも小さいことを特徴とする。

これにより、検出素子と断熱部材との接触面積が小さくなるので、検出素子に生じた熱が断熱部材に伝わり難くなる。従って、検出素子に生じた熱が断熱部材を介して支持部材側に伝わり難くなり、その結果、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明の作用効果がより一層向上され得る。

また、本発明は、請求項５の記載によれば、請求項１〜４のいずれか１つに記載の可燃性ガスセンサにおいて、断熱部材は、半導体基板側及び支持部材側に開口する貫通孔（２８５）を有することを特徴とする。

これにより、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明の作用効果を達成し得るのは勿論のこと、上記熱伝導経路の断面積が小さな断熱部材を簡便に構成することができる。

また、本発明は、請求項６の記載によれば、請求項１〜５のいずれか１つに記載の可燃性ガスセンサにおいて、断熱部材の厚さは、少なくとも半導体基板の厚さよりも厚いことを特徴とする。

これにより、断熱部材の検出素子に対する断熱作用が良好に発揮される。その結果、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発明の作用効果がより一層向上され得る。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明に係る可燃性ガスセンサが適用されてなる可燃性ガス検出装置の第１実施形態を示しており、この可燃性ガス検出装置は、例えば、寒冷地における燃料電池の使用の際に当該燃料電池から漏れ出る被検出ガス中の水素ガスの濃度を検出するのに用いられる。

当該可燃性ガスセンサは、図１にて示すごとく、ケーシング１００及びセンサユニット２００を備えている。なお、図１にて、符号３００は、可燃性ガス検出装置において当該可燃性ガスセンサを制御するための制御装置を示す。

ケーシング１００は、両ケーシング部材１１０、１２０を有しており、当該両ケーシング部材１１０、１２０は、その各開口部にて嵌合されて、ケーシング１００を構成している。

ここで、ケーシング部材１１０は、ガス導入筒１１１を備えており、このガス導入筒１１１は、ケーシング部材１１０の底壁中央から外方へ円筒状に延出し、ガス導入口部１１３にて、外方に開口している。

センサユニット２００は、図１にて示すごとく、ケーシング部材１１０の内側からガス導入筒１１１内に同軸的に嵌装されている。

当該センサユニット２００は、図１及び図２にて示すごとく、円筒部材２１０を備えている。この円筒部材２１０は、その底壁側円筒部にて、図１にて示すごとく、ガス導入筒１１１の小径穴部に同軸的に嵌装されており、当該円筒部材２１０は、その先端側環状底壁２１１（図１及び図２参照）にて、ガス導入口部１１３にその内面側から着座している。なお、円筒部材２１０は、図１にて示すごとく、環状底壁２１１の中空部にて、ガス導入口部１１３を通り外方に開口している。

また、円筒部材２１０は、その基端側環状フランジ部２１２にて、図１にて示すごとく、ガス導入筒１１１の基端側大径穴部内にパッキン等の環状シール１１４を介し気密的に嵌装されている。なお、本実施形態では、板状封止部材１１５が、ケーシング１００のガス導入筒１１１の内端部に装着されて、当該ガス導入筒１１１を封止している。

また、センサユニット２００は、図２にて拡大して示すごとく、円筒部材２１０内に設けた撥水フィルタ２２０、ワッシャ２３０及び両金網２４０を備えている。撥水フィルタ２２０は、その外周部にて、円筒部材２１０の環状底壁２１１とワッシャ２３０との間に挟持されており、この撥水フィルタ２２０は、ガス導入筒１１１のガス導入口部１１３及び円筒部材２１０の環状底壁２１１の中空部から円筒部材２１０のうちワッシャ２３０よりも基端側内部空間への水滴や粉塵の侵入を防止する。

両金網２４０は、図２にて拡大して示すごとく、その外周部にて、ワッシャ２３０と円筒状スペーサ２５０の環状底壁２５１との間に挟持されており、これら金網２４０は、次のような役割を果たす。即ち、検出素子４００の左右両側発熱抵抗体４３０（後述する）への通電に伴い当該左右両側発熱抵抗体４３０に電流が流れ、これら発熱抵抗体４３０の発熱温度が水素ガスの下限爆発温度を上回ることで、被検出ガス中の水素ガス成分が円筒部材２１０のうち円筒状スペーサ２５０の環状底壁２５１よりも基端側内部空間で発火した場合に、両金網２４０は、スペーサ２５０の環状底壁２５１よりも基端側内部空間からその外方への逸火を防止する。

なお、円筒状スペーサ２５０は、円筒部材２１０の底壁側円筒部内に同軸的に圧入により嵌装されて、その環状底壁２５１にて、両金網２４０、ワッシャ２３０及び撥水フィルタ２２０を、円筒部材２１０のガス導入口部１１３の内面上に固定している。

当該センサユニット２００は、図１にて示すごとく、金属製端子台２６０、断熱部材２７０及び検出素子４００を備えている。

端子台２６０は、図２にて拡大して示すごとく、その断面Ｌ字状外周部２６１にて、円筒部材２１０の環状フランジ部２１２内にＯリング或いはパッキン等の環状シール部材２６２を介し同軸的にかつ気密的に嵌装されている。

この端子台２６０には、複数のターミナル２６３が、その各基端部にて、図２にて拡大して示すごとく、各対応の管状電気絶縁部材２６４（図２では、２つの電気絶縁部材２６４のみを示す）を介し挿通されており、これら各ターミナル２６３の各先端部は、図１にて示すごとく、封止部材１１５を通り制御装置３００の配線板３１０に挿通されて、この配線板３１０の配線パターン部に電気的に接続されている。また、各ターミナル２６３は、その基端部にて、検出素子４００の各対応の電極膜４５１、４７０（後述する）にワイヤボンディングにより電気的に接続されている。

なお、制御装置３００は、配線板３１０にて、ケーシング１００内に支持されており、この配線板３１０には、制御回路３２０が装着されて、上記配線パターン部を介し各ターミナル２６３に電気的に接続されている（図１参照）。これにより、制御回路３２０は、検出素子４００を制御する。

断熱部材２７０は、本発明の要部を構成するもので、この断熱部材２７０は、検出素子４００と共に、図１及び図２にて示すごとく、円筒部材２１０の小径部内にて、端子台２６０に支持されている。このことは、端子台２６０は、断熱部材２７０及び検出素子４００に対する支持部材としての役割をも果たすことを意味する。

ここで、当該断熱部材２７０は、合成樹脂材料でもって、図３及び図４にて示すごとく、所定の厚さにて環板状に形成されており、この断熱部材２７０は、その表面２７１にて、端子台２６０の裏面（図２にて端子台２６０の図示下面）の中央部に固着されている。本第１実施形態では、断熱部材２７０の上記所定の厚さは、少なくとも検出素子４００の珪素製半導体基板４１０（後述する）の板厚よりも厚く選定されている。

検出素子４００は、図１及び図２にて示すごとく、断熱部材２７０にその裏面２７２側から設けられて、円筒状スペーサ２５０の開口部内に位置している。この検出素子４００は、マイクロマシニング技術を用いて製造されているもので、当該検出素子４００は、図５にて示すごとく、珪素製半導体基板４１０及び上下両側絶縁層４２０を備えている。

半導体基板４１０は、図５にて示すごとく、図示左右両側凹部４１１を備えており、これら左右両側凹部４１１は、互いに間隔をおいて、半導体基板４１０の裏面側から表面側にかけて断面末すぼまり状に形成されている。

上側絶縁層４２０は、半導体基板４１０の表面に形成された上側酸化珪素膜４２１及びこの上側酸化珪素膜４２１の表面に沿い形成された上側窒化珪素膜４２２でもって構成されている。

一方、下側絶縁層４２０は、半導体基板４１０の裏面に形成された下側酸化珪素膜４２１及びこの下側酸化珪素膜４２１の裏面に沿い形成された下側窒化珪素膜４２２でもって構成されている。この下側絶縁層４２０は、半導体基板４１０の各凹部４１１に対する対応部位にて、それぞれ除去されて、各凹部４１１の開口部として形成されている。

しかして、検出素子４００は、下側絶縁層４２０の下側窒化珪素膜４２２にて、断熱部材２７０の裏面２７２の中央部に固着されている（図１及び図２参照）。これにより、上側絶縁層４２０は、上側酸化珪素膜４２１の裏面のうち各凹部４１１に対する各対応裏面部にて、当該各凹部４１１を通して断熱部材２７０の裏面２７２（図２参照）に対向している。なお、半導体基板４１０は、各凹部４１１以外の部位にて基板部４１２を構成する。

また、検出素子４００は、図５及び図６にて示すごとく、左右両側発熱抵抗体４３０及び左側、中央側及び右側の各配線膜４４０を備えている。左側発熱抵抗体４３０は、上側絶縁層４２０の上側窒化珪素膜４２２の表面のうち左側凹部４１１に対する対応部位上に渦巻き状に形成されており、一方、右側発熱抵抗体４３０は、上側窒化珪素膜４２２の表面のうち右側凹部４１１に対する対応部位上に渦巻き状に形成されている。

左側配線膜４４０は、図５にて示すごとく、上側窒化珪素膜４２２の表面の左側部上において、半導体基板４１０の基板部４１２に対応して位置し、図６にて示すごとく、左側発熱抵抗体４３０の一端と一体となるように形成されている。

中央側配線膜４４０は、図５にて示すごとく、上側窒化珪素膜４２２の表面の中央部上にて、半導体基板４１０の基板部４１２に対応して位置しており、この中央側配線膜４４０は、図６にて示すごとく、左側発熱抵抗体４３０の他端及び右側発熱抵抗体４３０の一端と一体となるように形成されている。また、右側配線膜４４０は、図５にて示すごとく、上側窒化珪素膜４２２の表面の右側部上にて、半導体基板４１０の基板部４１２に対応して位置しており、この右側配線膜４４０は、図６にて示すごとく、右側発熱抵抗体４３０の他端と一体となるように形成されている。

また、検出素子４００は、図６にて示すごとく、測温抵抗体４５０を備えており、この測温抵抗体４５０は、白金（Ｐｔ）を含む測温抵抗材料でもって、左右両側発熱抵抗体４３０の図６にて図示上側において、上側絶縁層４２０の上側窒化珪素膜４２２の表面上に形成されている。

また、当該検出素子４００は、図５及び図６にて示すごとく、絶縁材料からなる保護層４６０を備えており、この保護層４６０は、各発熱抵抗体４３０、各配線膜４４０及び測温抵抗体４５０を覆うように、上側絶縁層４２０の上側窒化珪素膜４２２の表面上に形成されている。

また、検出素子４００は、図５及び図６にて示すごとく、左側、中央側及び右側の各電極膜４７０を備えており、これら左側、中央側及び右側の各電極膜４７０は、保護層４６０に形成した左側、中央側及び右側の各コンタクトホール４６１を通して左側、中央側及び右側の各配線膜４４０上に形成されている。なお、測温抵抗体４５０は、その左右両端部にて、各電極膜４５１を介し配線板３１０の上記配線パターン部に接続されている。

また、検出素子４００は、酸化触媒膜４８０を備えており、この酸化触媒膜４８０は、保護層４６０の表面のうち左側発熱抵抗体４３０に対する対応部位上に形成されて、保護層４６０の表面と共に、円筒状スペーサ２５０の底壁２５１の中空部に対向している。しかして、酸化触媒膜４８０は、左側発熱抵抗体４３０への通電のもと、被検出ガス中の水素ガス成分を燃焼させる。

なお、本第１実施形態では、当該可燃性ガスセンサにおいて、左側発熱抵抗体４３０及び酸化触媒膜４８０は、接触燃焼式ガスセンサ部としての役割を果たし、また、右側発熱抵抗体４３０は、熱伝導式ガスセンサ部としての役割を果たし、また、測温抵抗体４５０は、雰囲気の温度を測定する役割を果たす。

以上のように構成した本第１実施形態において、当該可燃性ガス検出装置の可燃性ガスセンサが、寒冷地に設置された燃料電池から水素ガス成分を含む被検出ガスとして漏洩するガスの雰囲気内に配置されているものとする。

このような状態にて、燃料電池から漏洩する被検出ガスが、当該可燃性ガスセンサのセンサユニット２００のガス導入筒１１１内にそのガス導入口部１１３から流入すると、当該被検出ガスは、撥水フィルタ２２０、ワッシャ２３０及び両金網２４０を通り円筒状スペーサ２５０内にその底壁２５１の中空部から流入して、ガス検出素子４００に到達する。

これに伴い、上述のようにスペーサ２５０内に流入した被検出ガスが、酸化触媒膜４８０に接触するようにして保護層４６０の表面付近にて流動する。このとき、両発熱抵抗体４３０が制御回路３２０による制御のもとに通電されて発熱しているものとする。

しかして、上述のように被検出ガスが円筒状スペーサ２５０内にて流動すると、この被検出ガスに含まれる水素ガス成分が、円筒状スペーサ２５０内の空気中において、酸化触媒膜４８０と接触燃焼反応を起こして、水蒸気を発生する。

また、燃料電池は上述のように寒冷地において設置されているため、この燃料電池から漏洩する被検出ガスの温度は、例えば、−２０（℃）と低い。

しかしながら、上述のように断熱部材２７０が、端子台２６０と検出素子４００との間に設けられている。しかも、この断熱部材２７０は、合成樹脂材料からなるため、当該断熱部材２７０の熱伝導作用は低い。このことは、断熱部材２７０が、断熱作用を発揮して、検出素子４００を端子台２６０から良好に断熱することを意味する。従って、両発熱抵抗体４３０の発熱により検出素子４００に生じた熱が、断熱部材２７０により熱の伝導が抑制されて、端子台２６０を通して放熱され難く、検出素子４００にとどまる。

このため、上述のように被検出ガスの温度が低くても、検出素子４００の表面部位を構成する酸化触媒膜４８０や保護層４６０が、その表面側から被検出ガスにより冷却されることが抑制され得る。その結果、上述のように発生した水蒸気が検出素子４００の上記表面部位で結露することが防止され、当該可燃性ガスセンサの検出出力が正しく確保され得る。

ここで、断熱部材２７０は、上述のごとく、環板状に形成されているため、当該断熱部材２７０には中空部が形成されている。従って、断熱部材２７０の熱伝導経路の断面積（断熱部材２７０の板厚方向と直交する方向の断面積）が、中空部のない板部材であると仮定した場合に比べて小さい。また、断熱部材２７０の検出素子４００との接触面積は、断熱部材２７０の中空部分だけ少ない。その結果、断熱部材２７０の検出素子４００に対する断熱作用が良好に発揮される。

また、断熱部材２７０の板厚は、上述したごとく、少なくとも検出素子４００の主要構成部材である半導体基板４１０の板厚よりも厚い。このため、断熱部材２７０の検出素子４００に対する断熱作用が、断熱部材２７０の板厚の点からも、良好に発揮される。

よって、上述のように検出素子４００に生じた熱は、より一層良好に検出素子４００にとどまって、検出素子４００の表面部位に対する被検出ガスによる冷却作用がより一層良好に抑制される。その結果、上述のように発生した水蒸気の検出素子４００の上記表面部位における結露の発生がより一層確実に防止され得る。

ちなみに、本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出素子４００の表面部位の温度を、従来の可燃性ガスセンサの検出素子の表面部位の温度と対比して調べてみた。ここで、上記従来の可燃性ガスセンサの検出素子は、本第１実施形態にて述べた検出素子４００と同様に構成されている。但し、上記従来の可燃性ガスセンサの検出素子は、本第１実施形態とは異なり、金属製端子台２６０と同様の金属製端子台に直接支持されている。

しかして、本第１実施形態における可燃性ガスセンサ及び上記従来の可燃性ガスセンサを０（℃）の温度の被検出ガスの雰囲気内に配置した状態で、本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出素子４００及び上記従来の可燃性ガスセンサの検出素子に通電して、両検出素子の表面部位の温度を調べてみたところ、図７にて示すような各棒グラフ１、２が得られた。

この図７において、棒グラフ１は、本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出素子４００の表面部位の温度を示す。また、棒グラフ２は、上記従来の可燃性ガスセンサの検出素子の表面部位の温度を示す。

これら両棒グラフ１、２によれば、被検出ガスの温度が０（℃）であっても、本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出素子４００の表面部位の温度は、断熱部材２７０の断熱作用のために、２１（℃）と、上記従来の可燃性ガスセンサの検出素子の表面部位の温度１１（℃）よりもかなり高い。

従って、本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出素子４００の表面部位には、上記従来の可燃性ガスセンサの検出素子の表面部位に比べて結露が発生しにくいことが分かる。

また、被検出ガス中の水素ガス成分に対する本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出濃度を、被検出ガスの温度をパラメータとして、当該被検出ガス中の水素ガス成分に対する上記従来の可燃性ガスセンサの検出濃度と対比してみたところ、図８にて示す各折れ線グラフ３〜６が得られた。但し、被検出ガス中の水素ガス成分の濃度は、０（ｖｏｌ％）〜２．５（ｖｏｌ％）の範囲内で変化させた。

しかして、図８において、折れ線グラフ３は、被検出ガスの温度を０（℃）としたときの被検出ガス中の水素ガス成分に対する本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出濃度を示す。折れ線グラフ４は、被検出ガスの温度を８０（℃）としたときの被検出ガス中の水素ガス成分に対する本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出濃度を示す。

また、折れ線グラフ５は、被検出ガスの温度を０（℃）としたときの被検出ガス中の水素ガス成分に対する上記従来の可燃性ガスセンサの検出濃度を示す。折れ線グラフ６は、被検出ガスの温度を８０（℃）としたときの被検出ガス中の水素ガス成分の濃度に対する上記従来の可燃性ガスセンサの検出濃度を示す。

これら各折れ線グラフ３〜６において、両折れ線グラフ３、４を対比してみると、被検出ガスの温度０（℃）のときの上記水素ガス成分に対する本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出濃度は、上記水素ガス成分の濃度０（ｖｏｌ％）〜２．５（ｖｏｌ％）の範囲内において、被検出ガスの温度８０（℃）のときの上記水素ガス成分に対する本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出濃度と殆ど一致している。これは、本第１実施形態における可燃性ガスセンサでは、断熱部材２７０が上述のごとく金属製端子台２６０と検出素子４００との間に設けられて断熱作用を発揮しているためである。

従って、本第１実施形態における可燃性ガスセンサは、被検出ガスの温度の高低にかかわらず、被検出ガス中の水素ガス成分の濃度を正しく検出し得ることが分かる。このことは、本第１実施形態における可燃性ガスセンサは、寒冷地でも使用するに適した可燃性ガスセンサであることを意味する。

これに対し、被検出ガスの温度８０（℃）のときの上記水素ガス成分に対する上記従来の可燃性ガスセンサの検出濃度は、折れ線グラフ６にて示すごとく、上記水素ガス成分の濃度０（ｖｏｌ％）〜２．５（ｖｏｌ％）の範囲内において、上述した被検出ガスの温度８０（℃）のときの上記水素ガス成分に対する本第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出濃度に沿い変化している。

しかしながら、被検出ガスの温度０（℃）のときの上記水素ガス成分に対する上記従来の可燃性ガスセンサの検出濃度は、折れ線グラフ５にて示すごとく、１（ｖｏｌ％）を超えると緩やかに低下し始め、２（ｖｏｌ％）を超えると急激に低下してハンチングを起こす。これは、上記従来の可燃性ガスセンサでは、その検出素子が、上述のごとく金属製端子台に直接設けられているために、この金属製端子台を通して放熱するからである。

従って、上記従来の可燃性ガスセンサは、被検出ガスの温度の低い範囲では、被検出ガス中の水素ガス成分の濃度を正しく検出し得ないことが分かる。
（第２実施形態）
図９及び図１０は、本発明の第２実施形態の要部を示している。この第２実施形態では、合成樹脂材料からなる板状断熱部材２８０が、上記第１実施形態にて述べた可燃性ガスセンサにおいて、断熱部材２７０に代えて、採用されている。

当該断熱部材２８０は、図９及び図１０から分かるように、十字状の溝２８１を備えており、この溝２８１は、断熱部材２８０の表面２８２側から図９にて示すごとく十字状に形成されている。

これにより、断熱部材２８０は、その底壁２８３上にて溝２８１により十字状に区画されて、４つの角柱状隅角部２８４を形成している。ここで、溝２８１の幅は、上記第１実施形態にて述べた断熱部材２７０の中空部の幅と同一である。また、断熱部材２８０の板厚は、上記第１実施形態にて述べた断熱部材２７０の板厚と同一である。

このように構成した断熱部材２８０は、その裏面にて、上記第１実施形態にて述べた端子台２６０の裏面の中央部に固着されている。また、上記第１実施形態にて述べた検出素子４００は、その下側絶縁層４２０にて、断熱部材２８０の各隅角部２８４の表面に固着されている。その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

このように構成した本第２実施形態において、上述のように、端子台２６０と検出素子４００との間に設けられた断熱部材２８０は、その表面側において、十字状の溝２８１を有する。従って、この断熱部材２８０の検出素子４００との接触面積は、上記第１実施形態にて述べた環板状断熱部材２７０の検出素子４００との接触面積よりもさらに少ない。

換言すれば、検出素子４００の裏面側部位を構成する下側絶縁層４２０が断熱部材２８０と接触する面積は、断熱部材２７０の下側絶縁層４２０との接触面積よりもさらに少ないことを意味する。このため、断熱部材２８０の検出素子４００に対する断熱作用は、断熱部材２７０の検出素子４００に対する断熱作用よりも、より一層良好に発揮される。このことは、上記第１実施形態にて述べた両発熱抵抗体４３０の発熱により検出素子４００に生じた熱は、断熱部材２８０によって、より一層良好に遮断されて、検出素子４００にとどまることを意味する。

従って、上記第１実施形態にて述べたように、被検出ガスの温度が低い状態において、被検出ガスに含まれる水素ガス成分が、円筒状スペーサ２５０内の空気中において、酸化触媒膜４８０と接触燃焼反応を起こして、水蒸気を発生しても、検出素子４００の上記表面部位における当該水蒸気の結露がより一層確実に防止され、当該可燃性ガスセンサとしての検出出力がより一層正しく確保され得る。その他の作用効果は、上記第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
図１１及び図１２は、本発明の第３実施形態の要部を示している。この第３実施形態では、上記第２実施形態にて述べた断熱部材２８０において、中空部２８５が付加されている。ここで、この中空部２８５は、断熱部材２８０の底壁２８３の中央部に形成されている。その他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

このように構成した本第３実施形態において、上述のように、端子台２６０と検出素子４００との間に設けられた断熱部材２８０は、十字状の溝２８１に加えて、中空部２８５をも有する。

従って、本第３実施形態における断熱部材２８０の底壁２８３の熱伝導経路の断面積は、上記第２実施形態にて述べた断熱部材２８０の底壁２８３の熱伝導経路の断面積よりも、中空部２８５に対応する分だけさらに少ない。

このため、本第３実施形態における断熱部材２８０の検出素子４００に対する断熱作用は、上記第２実施形態にて述べた断熱部材２８０の検出素子４００に対する断熱作用よりも、より一層良好に発揮される。このことは、上記第２実施形態にて述べた両発熱抵抗体４３０の発熱により検出素子４００に生じた熱は、本第３実施形態における断熱部材２８０によって、より一層良好に遮断されて、検出素子４００にとどまることを意味する。

従って、上記第２実施形態にて述べたように、被検出ガスの温度が低い状態において、被検出ガスに含まれる水素ガス成分が、円筒状スペーサ２５０内の空気中において、酸化触媒膜４８０と接触燃焼反応を起こして、水蒸気を発生しても、検出素子４００の上記表面部位における当該水蒸気の結露が、上記第２実施形態よりも、より一層確実に防止され、当該可燃性ガスセンサとしての検出出力が、上記第２実施形態よりも、より一層正しく確保され得る。その他の作用効果は、上記第２実施形態と同様である。

なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）上述した断熱部材２７０或いは２８０の形状に限ることなく、断熱部材の形状が、当該断熱部材の検出素子４００の下側絶縁層４２０との接触面積を少なくするような形状であれば、上記第１〜第３の実施形態のいずれかの作用効果或いはこの作用効果よりもさらに良好な作用効果が達成され得る。
（２）上述した被検出ガスは、水素ガス成分に限ることなく、少なくとも水素原子を含む可燃性ガスであればよい。
（３）本発明は、上述した燃料電池に限ることなく、例えば、自動車のエンジンの排気系統からの排気ガス中の水素ガス成分の検出に適用してもよい。

本発明に係る可燃性ガスセンサを適用してなる可燃性ガス検出装置の第１実施形態を示す概略断面図である。 図１のセンサユニットの拡大断面図である。 図１の断熱部材の拡大平面図である。 図３にて４−４線に沿う断面図である。 図６の５−５線に沿う断面図である。 図２の検出素子の拡大平面図である。 上記第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出素子の表面部位の温度及び従来の可燃性ガスセンサの検出素子の表面部位の温度を示すグラフである。 上記第１実施形態において、被検出ガス中の水素ガス成分に対する当該第１実施形態における可燃性ガスセンサの検出濃度を、被検出ガスの温度をパラメータとして、被検出ガス中の水素ガス成分に対する従来の可燃性ガスセンサの検出濃度と対比して示すグラフである。 本発明の第２実施形態の要部である断熱部材を示す平面図である。 図９にて１０−１０線に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態の要部である断熱部材を示す平面図である。 図１１にて１２−１２線に沿う断面図である。

符号の説明

２６０…端子台、２７０、２８０…断熱部材、４００…検出素子、
４１０…半導体基板、４２０…絶縁層、４３０…発熱抵抗体、４６０…保護層、
４８０…酸化触媒膜。

Claims (6)

1. 検出素子と、この検出素子を支持する金属製支持部材とを備える可燃性ガスセンサにおいて、
   前記支持部材と前記検出素子との間に設けてなる断熱部材を備えており、
   前記検出素子は、
   半導体基板と、発熱抵抗体と、前記半導体基板の表面上に設けられて前記発熱抵抗体を内包する絶縁部材と、この絶縁部材のうち前記発熱抵抗体に対する対応部位上に設けられる酸化触媒とを有して、
   前記半導体基板にてその裏面側から前記断熱部材を介し前記支持部材に支持されるようにしたことを特徴とする可燃性ガスセンサ。
2. 検出素子と、この検出素子を支持する金属製支持部材とを備える可燃性ガスセンサにおいて、
   前記支持部材と前記検出素子との間に設けてなる断熱部材を備えており、
   前記検出素子は、
   半導体基板と、この半導体基板の表面に形成される絶縁部材と、この絶縁部材に互いに間隔をおいて内包される複数の発熱抵抗体と、この絶縁部材のうち前記複数の発熱抵抗体のうちの一つの発熱抵抗体に対する対応部位に形成される酸化触媒とを有し、かつ、前記半導体基板のうち前記複数の発熱抵抗体の各々に対する対応部位にはそれぞれ凹部を形成してなり、
   前記半導体基板にてその裏面側から前記断熱部材を介し前記支持部材に支持されるようにしたことを特徴とする可燃性ガスセンサ。
3. 前記断熱部材が有する前記検出素子と前記支持部材との間の最短距離方向の任意の位置にて前記最短距離方向と直交する方向の前記断熱部材の断面積が、前記検出素子の前記半導体基板の前記裏面側の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１或いは２に記載の可燃性ガスセンサ。
4. 前記断熱部材と前記半導体基板との接触面積は、前記半導体基板の前記裏面側の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の可燃性ガスセンサ。
5. 前記断熱部材は、前記半導体基板側及び前記支持部材側に開口する貫通孔を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の可燃性ガスセンサ。
6. 前記断熱部材の厚さは、少なくとも前記半導体基板の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の可燃性ガスセンサ。
   

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