JP2714006B2

JP2714006B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2714006B2
Application number: JP63168020A
Authority: JP
Inventors: 正道一本松; 俊幸辻村; 昌之白鳥
Original assignee: Toshiba Corp; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPH0217437A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、ガス漏れ警報器などに用いるガスセンサ
に関する。

（従来の技術）従来、大気中の還元性ガスを検知するものとして、Ｎ
型半導体特性を示すSnO₂,ZnO,Fe₂O₃などの金属酸化物半
導体を焼結体または被膜として有するガスセンサが知ら
れている。

これは、絶縁基板上に一対の電極を設け、その両電極
上に感ガス体であるところの金属酸化物半導体を設け、
さらにその感ガス体を温めるためのヒータを絶縁基板の
内部に設けたもので、感ガス体に還元性ガスが接触する
と、感ガス体の電気伝導度が増大、すなわち抵抗値が減
少するという現象を利用している。

ただし、このようなガスセンサは、一種類のガスしか
検知することができない。

このため、検知しようとするガスが複数種に及ぶ場
合、その種類の数だけガスセンサを用意しなければなら
ず、検知システムが大形かつ複雑になり、しかも高価に
なる。

そこで、絶縁基板上に複数種の感ガス体を設け、複数
種のガスを一括して検知することのできる複合形のガス
センサが登場した。

（発明が解決しようとする課題）ところが、複合形のガスセンサの場合、各感ガス体が
同じ温度となり、そのため各感ガス体の特性を最大限に
発揮することができず、検知しようとするガスに対する
選択性が悪いという欠点がある。

この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、複数種のガスを良好な選
択性をもって検知することができる信頼性にすぐれたガ
スセンサを提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）請求項１のガスセンサは、絶縁体と、この絶縁体上に
設けた複数対の電極と、これら電極上に設けた複数種の
感ガスと、これら感ガス体へかけての距離が各感ガス体
の特性に応じてそれぞれ異なるように前記絶縁体に設け
たヒータとを備え、各電極対間の抵抗値変化がそれぞれ
センサ出力となる。

請求項２のガスセンサは、絶縁体と、この絶縁体上に
設けた複数対の電極と、これら電極上に設けた複数種の
感ガス体と、これら感ガス体へかけての距離が各感ガス
体の特性に応じてそれぞれ異なるように前記絶縁体に設
けたヒータと、前記各感ガス体の相互間の絶縁体上に必
要に応じて設けた断熱用の溝とを備え、各電極対間の抵
抗値変化をそれぞれセンサ出力となる。

（作用）請求項１のガスセンサでは、ヒータから各感ガス体へ
かけての距離が各感ガス体の特性に応じてそれぞれ異な
る。よって、各感ガス体の温度をそれぞれの特性に合っ
た最適な温度にすることができる。

請求項２のガスセンサでは、ヒータから各感ガス体へ
かけての距離が各感ガス体の特性に応じてそれぞれ異な
ることに加え、溝が絶縁体の熱伝導度を低下させること
により、各感ガス体の温度をそれぞれの特性に合った最
適な温度にすることができる。

（実施例）以下、この発明の一実施例について第１図および第２
図により説明する。

１は本体の基台となるシステムで、そのステム１にリ
ードピン2a,2b,2c,2d,2eを植設する。そして、これらリ
ードピンにそれぞれリードフレーム3a,3b,3c,3d,3eを介
して絶縁体たとえば板状かつ矩形状の絶縁基板４を設け
る。

絶縁基板４は、たとえばアルミナを主成分とするセラ
ミックを材質としている。

また、絶縁基板４の上面に、一対の電極5a,5bを設
け、さらにもう一対の電極6a,6bを設ける。そして、電
極対5a,5b上にわたって第１感ガス体11を設け、電極対6
a,6b上にわたって第２感ガス体12を設ける。

感ガス体11,12は、酸化物半導体層上に触媒層を形成
したもので、互いに異なる種類のガスに対して高い感度
つまり選択性を有しており、具体的には次のように作ら
れる。

先ず、感ガス体11は、SnO₂−Nb系半導体を、オクチル
酸スズおよびニオブレジネートを原料として用いたマス
キング法（またはスクリーン印刷法）により、絶縁基板
４の電極対5a,5bの上に付着させ、かつ約600℃で焼成す
ることにより、約1.0mm×1.5mmの矩形状でしかも厚さ約
5000Åの被膜とする。そして、被膜の上にスラリー化し
たメタン高感度用触媒であるPt−Rh−Al₂O₃系触媒を塗
布する。

感ガス体12は、SnO₂−Nb系半導体の形成法は感ガス体
11と同じであるが、その上に塗布する触媒がアルコール
高感度処理を施したPt−Al₂O₃系触媒である点で異なっ
ている。

ここで、種々のガスに対する感ガス体11,12の感度を
下記表に対比して示す。

なお、この測定は感ガス体11の温度を約400℃、感ガ
ス体12の温度をそれよりも約30℃低い値に設定して行な
ったものである。また、感度は、空気中の感ガス体抵抗
値Rairと、ガス中の感ガス体抵抗値Rgasとの比で示して
いる。

すなわち、感ガス体11は、CH₄に高い感度つまり選択
性がある。感ガス体12は、C₂H₅OHに高い感度つまり選択
性がある。

一方、螺旋状のヒータ21を絶縁基板４の感ガス体11側
に偏位した状態で埋設する。

また、絶縁基板４の上面の周縁にボンディングパッド
22a,22b,22c,22d,22eを設ける。

ボンディングパッド22a,22d,22eは電極リード用であ
り、ボンディングパッド22aに電極5a,6a、ボンディング
パッド22dに電極5b、ボンディングパッド22eに電極6bを
それぞれ電気的に接続する。

ボンディングパッド22b,22cはヒータリード用であ
り、ボンディングパッド22bにヒータ21の一端、ボンデ
ィングパッド22cにヒータ21の他端をそれぞれ電気的に
接続する。

そして、各ボンディングパッドに対して各リードフレ
ームの一端をパラレルギャップウェルダにて接合し、そ
の各リードフレームの他端は各リードピンの上部に同じ
くパラレルギャップウェルダにて接合する。

また、絶縁基板４の上面において、感ガス体11,12の
相互間に溝30を設ける。この溝30は、基板厚の約1/4の
深さを有する矩形状のもので、断熱効果を発揮し、絶縁
基板４の上面の熱伝導度を下げる働きをする。

つぎに、上記のような構成において作用を説明する。

リードピン2b,2c間に電圧を印加すると、ヒータ21が
発熱し、絶縁基板４が熱せられる。

この場合、ヒータ21の埋設位置を感ガス体11側に偏ら
せていることにより、感ガス体11をその特性に合った最
適な温度たとえば約400℃にすることができる。逆に、
感ガス体12はヒータ21から遠く離れた位置にあり、しか
も溝30が熱伝導度を低下させるので、感ガス体12をその
特性に合った最適な温度たとえば感ガス体11よりも約30
℃低い温度にすることができる。

なお、感ガス体12の温度をそれほど下げる必要がなけ
れば、溝30を形成せず、ヒータ21を偏位させるだけでよ
い。

しかして、大気中にガスが存在すると、それが感ガス
体11または感ガス体12と反応する。

ガスが感ガス体11と反応すると、電極5a,5b間の抵抗
値が変化し、それがセンサ出力としてリードピン2a,2d
から取出される。

感ガス体12と反応すると、電極6a,6b間の抵抗値が変
化し、それがセンサ出力としてリードピン2a,2eから取
出される。

すなわち、感ガス体11用のリードピン2a,2dに対して
検知回路を構成すれば、CH₄検知用として使用すること
ができる。

感ガス体12用のリードピン2a,2eに対して検知回路を
構成すれば、C₂H₅OH検知用として使用することができ
る。

このように、ヒータ21を偏位させ、また必要であれば
溝30を形成して感ガス体11,12の温度をそれぞれの特性
に合った最適な温度に設定することにより、感ガス体の
特性を最大限に発揮することができる。

したがって、複数種のガスをそれぞれ良好な選択性を
もって検知することができ、信頼性にすぐれたものとな
る。

また、一方のたとえば感ガス体12の検知出力を参照用
として使えば、他方の感ガス体11のCH₄検知の選択性を
より高めることができる。

なお、上記実施例では、熱伝導度を低下させるための
溝を感ガス体11,12の相互間に形成したが、溝の形成位
置や形状については感ガス体11,12の特性に応じて適宜
に変更可能であり、たとえば第３図に示すように、感ガ
ス体11,12を囲むような位置および形状の溝50,51,52を
形成してもよい。

また、絶縁体としては、板状かつ矩形状の絶縁基板４
に限らず、円筒状のものでもよい。

さらに、感ガス体が二つの場合について説明したが、
感ガス体が三つあるいはそれ以上ある場合についても同
様に実施可能である。

［発明の効果］以上述べたようにこの発明によれば、請求項１のガスセンサは、絶縁体と、この絶縁体上に
設けた複数対の電極と、これら電極上に設けた複数種の
感ガス体と、これら感ガス体へかけての距離が各感ガス
体の特性に応じてそれぞれ異なるように前記絶縁体に設
けたヒータとを備えたので、複数種のガスを良好な選択
性をもって検知することができる信頼性にすぐれたもの
となる。

請求項２のガスセンサは、絶縁体と、この絶縁体上に
設けた複数対の電極と、これら電極上に設けた複数種の
感ガス体と、これら感ガス体へかけての距離が各感ガス
体の特性に応じてそれぞれ異なるように前記絶縁体に設
けたヒータと、前記各感ガス体の相互間の絶縁体上に必
要に応じて設けた断熱用の溝とを備えたので、複数種の
ガスを良好な選択性をもって検知することができる信頼
性にすぐれたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における要部の構成を示す
図、第２図は同実施例の外観を示す斜視図、第３図は同
実施例の変形例における要部の構成を示す図である。４……絶縁基板（絶縁体）、5a,5b,6a,6b……電極、11
……第１感ガス体、12……第２感ガス体、21……ヒー
タ、30……溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白鳥昌之神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献特開昭58−103654（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−186847（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−105047（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体と、この絶縁体上に設けた複数対の
電極と、これら電極上に設けた複数種の感ガス体と、こ
れら感ガス体へかけての距離が各感ガス体の特性に応じ
てそれぞれ異なるように前記絶縁体に設けたヒータとを
具備し、各電極対間の抵抗値変化をそれぞれセンサ出力
とするガスセンサ。
【請求項２】絶縁体と、この絶縁体上に設けた複数対の
電極と、これら電極上に設けた複数種の感ガス体と、こ
れら感ガス体へかけての距離が各感ガス体の特性に応じ
てそれぞれ異なるように前記絶縁体に設けたヒータと、
前記各感ガス体の相互間の絶縁体上に必要に応じて設け
た断熱用の溝とを具備し、各電極対間の抵抗値変化をそ
れぞれセンサ出力とするガスセンサ。