JPH04190151A - 複合ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は限界電流式酸素センサと、酸素以外のガス用の
導電率変化型のセンサとを一体化した複合ガスセンサに
関し、特にジルコニア固体電解質を酸素イオン伝導体と
して用いた限界電流式酸素センサと、半導体感応膜を用
いた還元性ガスセンサとを一体化した複合ガスセンサに
関する。

〔従来の技術及び発明か解決しようとする課題〕従来か
ら空気中の各種のガスの濃度を測定するために、種々の
タイプのセンサが提案され、使用されている。特に酸素
濃度は、暖房中の室内、地下設備中、マンホール中、船
倉中、サイロ中等において検知する必要かあり、種々の
タイプの酸素センサか利用されている。一方、都市ガス
、プロパンガス、−酸化炭素ガス等の還元性ガスが空気
中に混入することによる事故を防止するために、これら
の還元性ガスを検知することも必要である。

そこで各種の還元性ガスセンサも広く利用されてきた。

限界電流式酸素センサとは、酸素イオン伝導体であるＺ
ｒＯ２基板の両面に電極を設け、その陰極側に内部室を
形成し、その内部室に通ずる微小拡散孔を少なくとも一
個以上有する構造を持つもので、酸素は、陰極において
０２−にイオン化し、ＺｒＯ□中を陽極に向かって移動
し、陽極では０２−は電子を放出して０２ガスとなり、
放出電子は陽極を通って電源に戻るので、この電極間の
電流（ＩＬ）を検出することにより、酸素濃度を検出す
ることかできる。酸素は拡散孔より吸入され、ＺｒＯ２
基板の陽極で排出される。この時の吸入酸素量は拡散孔
のサイズ等により酸素濃度に見合った律速状態となる。

ところでＺｒＯ□の酸素イオン伝導率は高温で大きくな
るので、通常３５０〜４５０°Ｃに加熱して使われる。

一方、酸素以外のガスのセンサとしては、例えば、還元
性ガスセンサかある。これは、半導体式ガスセンサの一
種で、一般に５ｎ０２、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ５等の導電率
変化を利用して還元性ガスを検知するもので、通常のガ
ス警報器に使われている。素子は、通常共沈法により得
られたＳｎＯ□粒子等をバインダーと共に混練し、ペー
スト状としたものをコイル状のヒータ（兼電極）線に焼
き付けだものである（バルク型と呼ばれる）。清浄エア
ー中では、この半導体粒子上に酸素が吸着しているため
、粒子とうしの界面にバリア障壁か形成され、本来ある
べき導電性がこの障壁により低下されている。

ここに還元性ガスが存在すると、その濃度に応じて吸着
酸素が除去され、障壁が低下するので、導電率は上昇す
る。すなわち、センサ抵抗か減少し、電圧変動を出力と
して検知することができる。

近年、素子の小型化、高感度化という要望が高まるにつ
れ、半導体薄膜状素子の開発か盛んになっており、一部
実用化されている。このガス検知原理は、前述のバルク
型素子と同一である。

この半導体薄膜素子を構造的に見ると大きく２種類に分
けられる。一つには、熱線型と呼ばれるもので、第１１
図に示すように、絶縁基板１０１上にヒータ１０２を形
成し、そのヒータ基板上にガス感応膜１０３を全体的に
形成した方式である。ヒータ１０２は電極を兼ね、リー
ド線１０４ａ、　１０４ｂと接続している。ここで、素
子抵抗（ＲＤ）はヒータ抵抗（Ｒ７）とガス感応膜抵抗
（Ｒ，）との並列結合で表されるので、Ｒ，＝　（Ｒ，
・Ｒゎ）　／　（Ｒ，十Ｒ，）で示される。この式から
明らかなように大きな出力（大きなＲＤの変化量）を得
ようとする場合、膜抵抗Ｒ１を相当小さくしなければな
らない。すなわち、ヒータ抵抗Ｒ１に比して膜抵抗Ｒ，
か大きすぎる場合、多少の膜抵抗変化量ではほとんど出
力は得られない。従って、熱線型の素子では、通常、膜
抵抗値は大体ヒータ抵抗値以下に設定される。

もう一つのタイプは対向電極型と呼ばれる素子構造であ
る。第１２図に示されるように、絶縁基板１０１の片面
にヒータ１０２をその裏面に電極１０５を形成したもの
で、ガス感応膜１０３は電極面にのみ形成されている。

この場合、ヒータ抵抗Ｒ１と膜抵抗Ｒ，は電気的に独立
しており、ＲＤ＝Ｒ，となる。すなわち、ガスに触れた
ときの膜抵抗変化は直接そのまま素子の抵抗変化となり
、検出出力は熱線型に比して非常に大きくなる。

ところで、工事現場やタンク等の作業環境においては、
酸素濃度か高い場合に、還元性ガス又は可燃性ガスがあ
る程度混入すると、爆発を引き起こす危険性があること
から、酸素センサと半導体ガスセンサを用いて、それぞ
れ酸素及び還元性ガスを検知゛する必要かある。また暖
房中の室内でも、酸欠状態をチエツクするだけでなく、
不完全燃焼やガスもれをチエツクするために、酸素ガス
及び還元性ガスをチエツクする必要がある。その他、船
倉、地下設備等においても同様な必要かある。

特に、近年の生活環境の向上に伴って、オフィスや居室
の快適性を求めるようになってきたか、そのために空気
清浄器や空気清浄機能付きエアコンが広く使用されるよ
うになってきた。これは主に室内のタバコによる空気の
汚れを感知して換気を行う機能を有するが、本来の換気
を行うには酸素濃度による換気を行わなければならない
ので、酸素センサと酸素以外のガスの両方を具備してい
なければならない。このような場合、２種類の別個のセ
ンサを使用するより、１チツプで多機能化した、いわゆ
るハイブリッドセンサを使用する方がより効率か良く、
機器をよりコンパクトにでき、製品コストも下がる。

そこで多種多様な用途に合わせ、酸素センサと酸素以外
のガスのセンサ、例えば、還元性ガスセンサとのハイブ
リット化か試みられてきた。

そのような背景において、本出願人は先にワンチップ型
のハイブリッドセンサを提案した（特開平１−２０１１
４９号及び同２−６７３２号）。これらは前述の限界電
流式のジルコニア酸素センサと熱線式半導体ガスセンサ
とを組み合わせるか、或いは対向電極式半導体ガスセン
サと複合化したセンサである。

その典型的な複合ガスセンサの構造を第８図〜第１Ｏ図
に示す。

第８図に示す複合ガスセンサは、ジルコニア固体電解質
からなる酸素イオン伝導性の板状の固体電解質の基板３
１　（その中心部には、その厚み方向に細孔内拡散律速
を与えるための拡散孔３２か形成されている）と、基板
３１の表面及び裏面において拡散孔３２の開口部をカバ
ーし、かつ所定幅の外周部を除く各領域に形成された多
孔性の内部電極（陰極）３３ａ及び外部電極（陽極）３
３ｂとを有する。内部電極３３ａは、その上に内部室３
８か形成されるように、基板３１及び封止板３９により
互いに密閉される。封止板３９の外側の面には蛇行状の
ヒータ４０（電極を兼ねる）か形成されており、その上
に半導体膜４１か封止板３９の外側の面全体若しくは少
なくともヒータ４０か完全に覆われるように形成されて
いる。固体電解質基板３１と画電極３３ａ、３３ｂとか
らなる部分３５が酸素センサ部て、半導体膜４１とヒー
タ４０（電極兼用）とからなる部分４５が還元性ガスセ
ンサ部である。

第９図に示す複合ガスセンサは、酸素イオン伝導性を有
する固体電解質からなる基板５１　（ガス拡散孔６１が
形成されている。）と、基板５１の両面に形成された多
孔質電極５２ａ、５２ｂとからなる酸素センサ部５４と
、各多孔質電極５２ａ、５２ｂを覆うように基板５１の
両側に設けられたカバー５３ａ、５３ｂと、カバー５３
ａ上に形成された還元性ガスセンサ部６５とを有する。

基板５１の両面にガス拡散孔６１の開口部を覆うように
形成さた多孔質電極５２ａ、５２ｂは、空気と接触する
外部電極（陽極）５２ｂと、接触しないように密封され
ている内部電極（陰極）５２ａとからなる。内部電極５
２ａは、その上に内部室５６が形成されるようにして、
カバー５３ａにより密閉される。

還元性ガスセンサ部６５においては、還元性ガス感応膜
６２の中にヒータ６３か埋設されており、その両端部に
リード線か接続されている。

なお、５５は温度補償素子で、被測定ガス中の還元性ガ
スに感応しない材料からなる膜６６とヒータ６７とから
なる。

第１０図に示す複合ガスセンサでは、カバー５３ａ上に
対向電極８０ａ、８０ｂを有する還元性ガス感応膜６２
か形成されており、カバー５３ｂ上にはヒータ６３か形
成されている。それ以外の部分は基本的に第９図の複合
ガスセンサと同しである。

対向電極８０ａ、８０ｂは直流電源９４に接続しており
、またヒータ６３は電源９５に接続している。

上記第９図及び第１０図の複合ガスセンサは、何れもＺ
ｒＯ□固体電解質を挟んで両側に内部室を設けた構造で
ある。これらの構造においては、酸素センサ部か２個の
内部室により覆われているのて、酸素検出電極の陰極側
内部室は完全封止しておかなければならず、また陽極側
では空気か滑らかに流出するように封止部は多孔質にす
るか、或いは封止部の一部を開口させておく必要がある
。このような素子構造は、製造上非常に煩雑であり、コ
ストが高くなってしまう。

さらにヒータ面と半導体ガスセンサ部との間には内部室
が２個もあり、その間での熱伝達効率は非常に悪くなり
、半導体センサ部の作動温度に合わせようとすると、酸
素センサ部の温度が高めになってしまう。これは、酸素
センサ部の電極の劣化の原因になる。一方、熱線式ガス
センサの場合は、前述のように、ガス感応膜の抵抗値を
低くしなければならないか、特に換気用センサとして使
用するためには、低ガス濃度域ての感知も確実に行わな
ければならないため、なおさら感応膜の抵抗を小さくす
る必要かある。従って、ガス検知時には、さらに膜抵抗
か低下するので、膜中に流れる電流は増大する。そのた
め、酸素センサの出力に変動をきたし、正確な酸素濃度
の検出かできなくなるという問題かある。

一方、第８図に示す複合ガスセンサは、ヒータ４０か電
極を兼ねた熱線式であるため、低ガス濃度における検出
感度か十分てないという問題がある。

従って、本発明の目的は、酸素濃度の検出と、酸素以外
のガスの濃度の検出とを同時に高感度で行うことができ
るとともに、構造か簡単であるために小型化できる複合
ガスセンサを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者はセンサ基板
の一方の側に酸素センサ用の固体電解質基板を設け、他
方の側に酸素以外のガス用の感応膜を設け、感応膜内の
電極を対向式とするとともに、両センサ用のヒータをセ
ンサ基板の一方の側に設けることにより、複合ガスセン
サを高感度にするとともに、小型化することかてきるこ
とを発見し、本発明を想到した。

すなわち、本発明の複合ガスセンサは、酸素及び酸素以
外のガスを同時に検知するもので、（ａ）内部室を形成
するように （ｉ）センサ基板と、 ６Ｄ前記センサ基板の一方の面上に設けられ、ガス拡散
孔を有する固体電解質基板と、■前記固体電解質基板の
両面に形成された正負の多孔質電極と、 ００前記センサ基板と前記固体電解質基板の双方間に保
持されるスペーサと からなる酸素センサ部と、 （ｂ）　（ｉ）前記センサ基板の内部室と反対側の面上
に設けられた酸素以外のガス用感応膜と、■前記酸素以
外のガス用の感応膜内に設けられた対向式電極とからな
る酸素以外のガスのセンサ部とを 有し、前記センサ基板のいずれか一方の面上にヒータが
形成されていることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例による複合ガスセンサ
１を示す一部破断斜視図であり、第１図（ｂ）はこの複
合ガスセンサｌの縦断面図である。本発明の一実施例と
して、酸素センサ部と還元性ガスセンサ部とからなる複
合ガスセンサについて、第１図（ａ）、（ｂ）を参照し
て説明する。

複合ガスセンサｌは、酸素センサ部と還元性ガスセンサ
部とからなる。

酸素センサ部は、Ｍ２Ｏ３等の耐熱性と絶縁性とを有す
る材料からなるセンサ基板２と、酸素イオン伝導性を有
する固体電解質基板４と、この固体電解質基板４の両面
に形成された一対の多孔性電極１６．１７と、固体電解
質基板４とセンサ基板２との間に内部室８を形成するよ
うに両者を固定するスペーサ３とを有する。

また、還元性ガスセンサ部は、上述のセンサ基板２と、
センサ基板２の外面（固体電解質基板４と反対側の面）
上に設けられた一対の対向電極５ａ、５ｂと、この一対
の対向電極５ａ、５ｂを覆うように形成された還元性ガ
ス感応膜６とを有するが、センサ基板２の内面（固体電
解質基板４側の面）に設けられたヒータ１１は、上述の
酸素センサ部及び還元性ガスセンサ部の共用となる。な
お、図から明らかなように、センサ基板２は還元性ガス
センサ部の基板であると同時に、酸素センサ部の内部室
８を密封する部材の一つともなっている。

まず、酸素センサ部を構成する固体電解質基板４は、例
えばＺｒＬを主とする固体電解質からなるが、ＺｒＬに
、安定化剤としてＹ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｙｂ２Ｏ３等の何
れかを固溶させたものを用いるのかよい。

このような固体電解質は、所定の電圧を印加した状態で
３５０℃以上に加熱すると、高い酸素イオン伝導性を示
す。

上述の固体電解質からなる固体電解質基板４には、ガス
拡散孔１４が形成されている。ガス拡散孔１４内に酸素
ガスか拡散するか、拡散速度は一般に孔径に比例する。

そこて細孔内拡散律速となるように孔径を決める。さら
に酸素センサー自体も小型化し、低温作動（特に３５０
〜５００°Ｃ）を実現するために、孔径は５〜２０μｍ
とするのが好ましい。

この場合、固体電解質基板４の厚さは０．１−０．５ｍ
ｍ程度である。

固体電解質基板４の両面に、ガス拡散孔１４の開口部を
覆うように形成された多孔質の電極１６．１７は、触媒
活性電極として機能するために、Ｐｔ、　Ｐｄ、Ａｇ、
　Ｒｈ、　ｂ等の金属材料もしくはこれらの合金材料、
またはこれらの金属材料のうちの少なくとも１種と、酸
素イオン伝導性酸化物材料との混合材料により形成する
のが好ましく、特にシンタリングを防止するためにＰｔ
又はＰｔとＺｒＯ□との混合材料により形成するのが好
ましい。

この多孔質の電極１６、Ｉ７の平均孔径は０．１〜５μ
ｍ、また空孔率は７０〜８５％の範囲にあることか好ま
しい。

固体電解質基板４の一方の面（センサ基板２側）に形成
される電極１６は酸素センサにおいて陰極となる電極で
あるか、この電極１６の上に内部室８か形成されるよう
にスペーサ３及びセンサ基板２により密閉される。この
スペーサ３としては、固体電解質基板４と同程度の熱膨
張率を有するガラス質の材料を用いるのかよい。

なお、固体電解質基板４の両面に形成された一対の電極
１６．１７にはそれぞれ、リード線１８．１９か接続さ
れる。

内部室８のカバーとなるセンサ基板２の内面には、ヒー
タ１１　（センサ基板２上を蛇行しているので、第１図
（ｂ）の断面図上では分断された状態で示されている）
か形成されており、このヒータ１１の両端部にもそれぞ
れリード線１２ａ　、　１２ｂか接続されている。

一方、還元性ガスセンサ部は、第１図においてセンサ基
板２から上部分にあたるか、センサ基板の外面（固体電
解質基板４とは反対の面）上に、櫛状の薄肉の一対の対
向電極５ａ、５ｂを有する。そして、この一対の対向電
極５ａ、５ｂを覆うように還元性ガス感応膜６か形成さ
れている。なお、この対向電極５ａ、　５ｂにはリード
線７ａ、　７ｂかそれぞれ接続されている。

還元性ガス感応膜６としては、具体的には、５ｎ０２、
ＺｎＯなどの酸化物からなる半導体物質を用いることか
できる。またこれらに、白金、パラジウム、ＩＶ２Ｌ　
、ＳｉＯ□等を添加したものを用いてもよい。ガス感応
膜としてＳｎＯ□を使用した場合、膜厚を薄くするか、
同時スパッタリングで上述の白金、パラジウム、Ａｌ　
２Ｌ　、ＳｉＯ２等を膜中に存在させることにより、数
にΩ〜数ＭΩ程度の電気抵抗値を有する膜を得ることが
でき、適宜、所望の電気抵抗値を有するようにガス感応
膜を作製することかできる。

なお、対向電極５ａ、５ｂ及び上述のヒータ１１は、白
金ペーストを用いたスクリーン印刷やフォトリソグラフ
ィ等の方法で形成することかできる。また、リード線７
ａ、　７ｂ、　１２ａ　、１２ｂ　、１８．１９として
は、白金線等を用いることができる。

第２図は第１図に示す複合ガスセンサｌを使用する際の
電気的等価回路図の一例であり、２電源刃式（還元性ガ
ス感応膜部及びヒータに対してそれぞれＩ電源ずつ）の
回路を示す。ここてＲ，は対向電極５ａ、５ｂ間（に存
在するガス感応膜部分）の抵抗値てあり、Ｒ１はヒータ
１１の抵抗値を示しており、ＲＬｌ及びＲＬ２はそれぞ
れ参照抵抗を表している。還元性ガスの検知には、参照
抵抗ＲＬ１両端間の電位差Ｖ＊Ｌｌを読み、酸素ガス濃
度の検知には、参照抵抗Ｒ，，２両端間の電位差ＶＩＬ
２を読むことになる。なお、図の破線内が第１図に示す
複合ガスセンサ部分を示しており、リード線７ａ、７ｂ
、１２ａ　、１２ｂ　、　１８．１９の位置も同時に記
している。

図かられかるように、ガス感応膜とヒーターとは電気的
に独立である。

第３図は、第１図に示す複合ガスセンサ１を使用する際
の電気的等価回路図のもう一つの例であり、還元性ガス
感応膜内の電極間にかける電圧用電源と、ヒータの電源
を１って兼ねた方式（１電源力式）の回路を示す。なお
、第３図においても、図の破線内か第１図に示す複合ガ
スセンサ部分を示しており、第２図の等価回路と同様に
複合ガスセンサが接続されている。

第３図のように本発明の検知素子を接続した場合でも、
ガス感応膜の抵抗をヒータに比して非常に大きくするこ
とにより、ガス感応膜とヒーターとを電気的にほぼ独立
とすることかできる。すなわち、ガス感応膜かガス検知
時においても高い抵抗値を有すれば、膜中に流れる電流
が増大したといってもその絶対量は小さいので、膜の自
己発熱はほとんど無視でき、素子作動温度を安定に保つ
ことができる。先に説明したように、膜厚、電極間距離
、膜中添加剤等の調整により、膜抵抗値を数にΩ〜数Ｍ
Ωという広い範囲で制御することかでき、これによって
所望の膜抵抗値を得ることかてきる。

上述した構造のセンサとすれば、還元性ガスを比較的低
濃度でも大きな出力て検出することができる。また、還
元性ガスの検出時でもガス感応膜の自己発熱は実質上起
こらず、そのため素子作動温度が変動しない。したかっ
て、回路電流値はほとんど変化せず、正確な酸素ガス濃
度の計測をも行うことができる。さらに、ヒータの設置
面か内部室にあるために熱効率か良くなり、もって酸素
検出応答が向上する。

第４図（ａｌは、本発明のもう一つの実施例による複合
ガスセンサを示す一部破断斜視図であり、第４図（ｂｌ
はこの複合ガスセンサの縦断面図である（なお、第４図
（ａ）及び（ｂｌにおいて、第１図に示すセンサｌの各
部と同様の機能をする部分を同一の番号で示す）。

この実施例のセンサ２０においては、センサ基板２の外
側（固体電解質基板４と反対側）の面に、ヒータ１１と
一対の電極５ａ、５ｂとを設けており、このヒータ１１
及び一対の電極５ａ、５ｂを覆うようにガス感応膜６か
形成されている。したがって、酸素センサ部において、
センサ基板２とスペーサ３と固体電解質基板４とて形成
される内部室８にはヒータは存在しない。なお、酸素セ
ンサ部の固体電解質基板４付近は、実質的に第１図に示
す複合ガスセンサ１と同様な構造をとる。

このような構造の複合ガスセンサとする場合には、ガス
感応膜６として、ヒータ１１の電気抵抗値に比べて非常
に大きな電気抵抗値を有する半導体物質を用いる。具体
的には、ヒータの電気抵抗値の１０倍以上、好ましくは
５０倍以上の電気抵抗値を有するものを用いる。なお、
このガス感応膜の材質は、第１図に示した複合ガスセン
サｌのガス感応膜と同様のものを用いてよく、膜厚、添
加物等の調整により電気抵抗を調節する。このように、
ヒータの電気抵抗値より大きな電気抵抗値を有する半導
体物質を用いると、回路電流はほとんとヒータ部内を流
れ、ガス感応膜中には流れ込まない。

このためガス感応膜の自己発熱は実質的に起こらず、ガ
ス感応時に素子作動温度か変化することはなく、正確な
計測を保証する。

第４図に示すような構造の複合ガスセンサは、以下の利
点を有する。

すなわち、■ヒータと酸素ガス検知部の電極（陰極とな
る電極１６）との短絡を確実に阻止できるとともに、■
内部室８より外部に出るリード線か電極１６に接続する
線−本だけとなり、したかって複合ガスセンサの製造に
おいて内部室の封止不良が激減する。

なお、第４図に示す複合ガスセンサ２０も、先の複合ガ
スセンサｌと同様に、第２図又は第３図に示すような回
路に組み込まれる。

上述の第二の実施例による複合ガスセンサ２０（第４図
）において、センサ基板２上の電極を一本にし、同じ面
に設けられるヒータ１１をこの一本の電極に対向する電
極として兼用することもできる。この場合、複合ガスセ
ンサの酸素以外のガス検知部に接続するリード線は素子
−つに対して最少の場合は３本で済み、製造コストはさ
らに低下する。

以上、本発明の複合ガスセンサを、還元性ガスセンサ部
と酸素センサ部とからなるものについて説明したが、本
発明はこれに限らず、上述の実施例における還元性ガス
感応膜を適宜変更することにより、還元性ガス以外のガ
ス検知センサ部とすることもできる。還元性ガス以外の
ガスとしてはたとえば水蒸気、有機ガス等が挙げられ、
この場合、ガス感応膜としては各ガスに対して高感度の
膜を用いる。

以下の具体的実施例により、本発明をさらに詳細に説明
する。

実施例１ 第１図に示す構造の複合センサを作製した。ここで、固
体電解質基板４としては、４　ｍｍＸ　４　ｍｍＸ００
５ｍｍのジルコニア板を用いた。また、センサ基板とし
ては、アルミナを用いた。

まず、このセンサ基板の両面に、フォトリソグラフィー
法により第１図に示すように白金薄膜ヒータと一対の検
出電極を形成し、４本の白金り一ト線を取りつけた。

次に、電極の形成面にのみ、ＳｎＯ２半導体膜をＲＦス
パッタリング法により形成した。なお、５ｎ０２膜には
、触媒としてＰｔを同時スパッタリング法により添加し
た。

得られた複合ガスセンサを用いて第３図に示す一電源の
回路を形成した。

この回路を用いて大気中の酸素と、空気中に導入した水
素ガス（１０００ｐｐｍ　）の同時検知を行った。

その時の酸素センサ部の出力及び還元性ガスセンサ部の
出力を第５図に示す。なお、第５図において、Ａ点は清
浄エアーレベルを表し、Ｂ点は水素ガスの置換を開始し
た時刻を示し、また０点は清浄エアーを置換しはじめた
時刻を示す。

比較例１ 比較のために、還元性ガスセンサ部を熱線型構造（第８
図と同様）とし、他は実施例１と同様の構造としたセン
サを用いて、実施例１と同様に大気中の酸素と水素ガス
（１０００ｐｌ）ｍ　）の同時検知を行った。その時の
酸素センサ部の出力及び還元性ガスセンサ部の出力を第
６図に示す。なお、第６図において、点Ａ、Ｂ及びＣは
それぞれ、第５図における点Ａ、Ｂ及びＣと同様の内容
を示す。

以上かられかるように、本実施例の検知素子によれば、
水素ガス検知時にも酸素ガス検知出力は変動することな
く安定であるが、比較例１の検知素子の場合には、水素
ガス検知時に素子作動温度か変動し、それにより酸素ガ
ス検知出力か不安定となる。

実施例２ 実施例１と同様にして、第２図に示す構造の複合ガスセ
ンサを作製した。

これを第２図に示す測定回路に組み入れ、大気中の酸素
と水素（１０〜１１０００ｐｐ　）とを同時検知した。

この時の酸素ガス検知部出力と還元性ガスセンサ部の検
出能の水素濃度依存性を第７図に示す。

実施例３ 実施例１と同一の複合ガスセンサを用いて、実施例２と
同一の条件で大気中の酸素と水素（１０〜１１０００ｐ
ｌ）　’）とを同時検知し、酸素ガス検知部出力と還元
性ガスセンサ部の検出能の水素濃度依存性を調へた。結
果を第７図に合わせて示す。

第７図から明らかなように、実施例３の複合ガスセンサ
は実施例２の複合ガスセンサとほぼ同程度の検知能を有
することがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明の複合ガスセンサは、半導体
ガスセンサ部による還元性ガス等の酸素以外のガスの検
知時においても、素子作動温度は一定しており、精度よ
く酸素の検出かできる。また、酸素センサ部の内部室は
一つとなるので、センサの製造が容易となる。

また、本発明の複合ガスセンサを内部室にヒータを設置
する構造とすると、熱効率が良好となり、酸素ガスの検
知応答性か向上する。

一方、ヒータを内部室に設けず、内部室の外側に設ける
構造（片面対向電極式）とすると、製造の歩留りか格段
に向上し、複合ガスセンサの信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例による複合ガスセンサ
を示す一部破断斜視図であり、 第１図（ｂ）は第１図（ａｌの複合ガスセンサの縦断面
図であり、 第２図及び第３図は、それぞれ本発明の複合ガスセンサ
を組み入れた電気的等価回路であり、第４図（ａｌは本
発明のもう一つの実施例による複合ガスセンサを示す一
部破断斜視図であり、第４図（ｂ）は第４図（ａ）の複
合ガスセンサの縦断面図であり、 第５図は実施例１における水素と酸素の同時検知時の、
複合ガスセンサの出力を示すグラフてあり、 第６図は比較例Ｉにおける水素と酸素の同時検知時の、
従来の複合ガスセンサの出力を示すグラフであり、 第７図は実施例２及び実施例３における酸素ガス検出出
力と半導体センサ部の出力の水素濃度依存性を示すグラ
フであり、 第８図〜第１Ｏ図はそれぞれ、従来の複合ガスセンサの
一例を示す模式断面図であり、 第１１図は従来の熱線式ガス検知素子の一例を示す断面
図であり、 第】２図は従来の対向電極式ガス検知素子の一例を示す
断面図である。 工、２０・・・複合ガスセンサ ２・・・センサ基板 ３・・・スペーサ ４．３１．５１・・・固体電解質基板 ５ａ、５ｂ・・・電極 ６・・・ガス感応膜 ７ａ、７ｂ、　１２ａ　、１２ｂ　　−・・リード線８
．３８．５４．５６・・・内部室 ＩＬ　４０．６３．１０２　　・・・ヒータ１４．３２
．６１・・・拡散孔 １６・・・陰極 １７・・・陽極 出　　願　　人　　　株　　式　　会　　社　　リ　　
ケ　　ン新　　技　　術　　事　　業　　団

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素及び酸素以外のガスを同時に検知する複合ガ
   スセンサにおいて、 （ａ）内部室を形成するように （ｉ）センサ基板と、 （ｉｉ）前記センサ基板の一方の面上に設けられ、ガス
   拡散孔を有する固体電解質基板と、 （ｉｉｉ）前記固体電解質基板の両面に形成された正負
   の多孔質電極と、 （ｉｖ）前記センサ基板と前記固体電解質基板の双方間
   に保持されるスペーサと からなる酸素センサ部と、 （ｂ）（ｉ）前記センサ基板の内部室と反対側の面上に
   設けられた酸素以外のガス用感応膜と、 （ｉｉ）前記酸素以外のガス用の感応膜内に設けられた
   対向式電極とからなる酸素以外の ガスのセンサ部とを 有し、前記センサ基板のいずれか一方の面上にヒータが
   形成されていることを特徴とする複合ガスセンサ。
2. （２）請求項１に記載の複合ガスセンサにおいて、前記
   ヒータが内部室側のセンサ基板面上に形成されているこ
   とを特徴とする複合ガスセンサ。
3. （３）請求項１に記載の複合ガスセンサにおいて、前記
   ヒータが酸素以外のガスの感応膜内に形成されており、
   かつ前記電極が２本で対向電極を形成するように配置さ
   れていることを特徴とする複合ガスセンサ。
4. （４）請求項１に記載の複合ガスセンサにおいて、前記
   ヒータが酸素以外のガスの感応膜内に形成されており、
   かつ前記電極が１本であり、前記ヒータと前記電極が対
   向電極を形成するように配置されていることを特徴とす
   る複合ガスセンサ。