JPH09229840A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH09229840A JPH09229840A JP3249896A JP3249896A JPH09229840A JP H09229840 A JPH09229840 A JP H09229840A JP 3249896 A JP3249896 A JP 3249896A JP 3249896 A JP3249896 A JP 3249896A JP H09229840 A JPH09229840 A JP H09229840A
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- piezoelectric
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定した出力と長期的に安定したガスセンサ
を得る。 【解決手段】 圧電材料の多孔質体による圧電体１と、
圧電体１表面に塗布されたガス吸着能を有する有機薄膜
２と、表面に不連続に形成された網目状の表電極３と、
圧電素子の裏電極４と、からなり、圧電材料に有機圧電
材料であるＶＤＦ／ＴｒＦＥを用いることにより、有機
薄膜との接合面が経時変化に強くなる。そして、圧電材
料を多孔質膜に形成することでアンカー効果等により、
密着性がさらに向上する。
を得る。 【解決手段】 圧電材料の多孔質体による圧電体１と、
圧電体１表面に塗布されたガス吸着能を有する有機薄膜
２と、表面に不連続に形成された網目状の表電極３と、
圧電素子の裏電極４と、からなり、圧電材料に有機圧電
材料であるＶＤＦ／ＴｒＦＥを用いることにより、有機
薄膜との接合面が経時変化に強くなる。そして、圧電材
料を多孔質膜に形成することでアンカー効果等により、
密着性がさらに向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特性の安定したガ
スセンサに関するものである。
スセンサに関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】従来、例えば特開平２
−２２８５３８号公報にガスの識別のために有機薄膜で
表面を被覆した水晶振動子を用い、吸着するガスに基づ
く共振周波数変化と共振抵抗の比からガス識別が可能で
あることが開示されている。
−２２８５３８号公報にガスの識別のために有機薄膜で
表面を被覆した水晶振動子を用い、吸着するガスに基づ
く共振周波数変化と共振抵抗の比からガス識別が可能で
あることが開示されている。
【０００３】しかし、このようなガスセンサは有機薄膜
自体の寿命もあるが、水晶のＡＴカット面に有機薄膜を
被覆しているので、接合面に不安がある。これは、固体
としての性質の違いと同時に、被覆される面がきれいな
平面であることも大きな要因である。
自体の寿命もあるが、水晶のＡＴカット面に有機薄膜を
被覆しているので、接合面に不安がある。これは、固体
としての性質の違いと同時に、被覆される面がきれいな
平面であることも大きな要因である。
【０００４】本発明は、水晶振動子と同様に共振周波数
を有する圧電材料に着目し、安定した出力と長期的に安
定したガスセンサを得ることを目的とする。
を有する圧電材料に着目し、安定した出力と長期的に安
定したガスセンサを得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電材料の多
孔面体による圧電素子と、圧電素子表面に塗布されたガ
ス吸着能を有する有機薄膜と、圧電素子の表面に不連続
に形成された表面電極と、圧電素子の裏面電極と、から
なり、表面電極および裏面電極からガスの存在に基づく
出力を得るものである。そして、多孔質体の圧電材料と
しては、有機圧電材料であるＶＤＦ（フッ化ビニリデ
ン）を主材としたコポリマ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）を多孔
質膜に形成することや、ＰＺＴ粉末の焼結等によって形
成することができる。また、ガス吸着能を有する有機薄
膜としては、キャスト法、真空蒸着法またはＬＢ（ラン
グミュア−ブロージェット）法等により作成され、ポリ
エチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、
ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリ塩
化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレングリコール
およびポリスチレン等の単体または共重合体による高分
子膜、エッグレシチン、ホスファチジルエタノールアミ
ン、ホスファチジルセリン、アゾレクチンおよびコレス
テロール等の単体または混合物の脂質膜、オクタデカン
酸、ノナデカン酸、シス−１３−ドコセン酸、トランス
−１３−ドコセン酸、オクタデカン酸カドミウム塩、エ
イコサン酸カドミウム塩、シス−１３−ドコセン酸カド
ミウム塩およびトランス−１３−ドコセン酸カドミウム
塩等の単体または混合したＬＢ膜などを用いることがで
きる。さらに、不連続に形成された表面電極としては、
金等の蒸着による網目状、櫛歯状または渦巻状等の電極
を用いることができる。当然、不連続の電極として点在
するような形状は電極の役割をなさないので使用不可能
である。
孔面体による圧電素子と、圧電素子表面に塗布されたガ
ス吸着能を有する有機薄膜と、圧電素子の表面に不連続
に形成された表面電極と、圧電素子の裏面電極と、から
なり、表面電極および裏面電極からガスの存在に基づく
出力を得るものである。そして、多孔質体の圧電材料と
しては、有機圧電材料であるＶＤＦ（フッ化ビニリデ
ン）を主材としたコポリマ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）を多孔
質膜に形成することや、ＰＺＴ粉末の焼結等によって形
成することができる。また、ガス吸着能を有する有機薄
膜としては、キャスト法、真空蒸着法またはＬＢ（ラン
グミュア−ブロージェット）法等により作成され、ポリ
エチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、
ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリ塩
化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレングリコール
およびポリスチレン等の単体または共重合体による高分
子膜、エッグレシチン、ホスファチジルエタノールアミ
ン、ホスファチジルセリン、アゾレクチンおよびコレス
テロール等の単体または混合物の脂質膜、オクタデカン
酸、ノナデカン酸、シス−１３−ドコセン酸、トランス
−１３−ドコセン酸、オクタデカン酸カドミウム塩、エ
イコサン酸カドミウム塩、シス−１３−ドコセン酸カド
ミウム塩およびトランス−１３−ドコセン酸カドミウム
塩等の単体または混合したＬＢ膜などを用いることがで
きる。さらに、不連続に形成された表面電極としては、
金等の蒸着による網目状、櫛歯状または渦巻状等の電極
を用いることができる。当然、不連続の電極として点在
するような形状は電極の役割をなさないので使用不可能
である。
【０００６】また、ガス吸着能を有する有機材料を複合
して成形した圧電材料の多孔質体による圧電素子と、前
記圧電素子の表面電極と、前記圧電素子の裏面電極と、
からなり、前記表面電極および前記裏面電極からガスの
存在に基づく出力を得るものである。そして、圧電素子
自体を多孔質体として、表面電極および裏面電極を特種
な形状に成形する必要はなく、ガスの吸着面積は飛躍的
に大きくすることができる。
して成形した圧電材料の多孔質体による圧電素子と、前
記圧電素子の表面電極と、前記圧電素子の裏面電極と、
からなり、前記表面電極および前記裏面電極からガスの
存在に基づく出力を得るものである。そして、圧電素子
自体を多孔質体として、表面電極および裏面電極を特種
な形状に成形する必要はなく、ガスの吸着面積は飛躍的
に大きくすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
に基づいて説明する。図１は、本発明を利用した第１の
実施形態のガスセンサの構成を示したものであり、図に
おいて、圧電素子として多孔面体とともに多孔質に形成
された圧電体１の上面側に、ガス吸着能を有する有機薄
膜２が形成され、圧電体１下面には測定用裏電極４ａお
よび共振用裏電極４ｂが、圧電体１上面には有機薄膜２
を介して櫛歯状の測定用表電極３ａおよび共振用表電極
４ａが形成されている。このように構成された素子の上
下面において、測定用表電極３ａおよび測定用裏電極４
ａは、共振周波数測定装置５ａにそれぞれ配線され、共
振用表電極３ｂおよび共振用裏電極４ｂは、共振電圧印
加装置５ｂにそれぞれ配線される。図２に圧電体１上面
の表電極３ａ、３ｂの形状を示しているが、下面の裏電
極４ａ、４ｂについても、図示しないが同様に形成され
ている。
に基づいて説明する。図１は、本発明を利用した第１の
実施形態のガスセンサの構成を示したものであり、図に
おいて、圧電素子として多孔面体とともに多孔質に形成
された圧電体１の上面側に、ガス吸着能を有する有機薄
膜２が形成され、圧電体１下面には測定用裏電極４ａお
よび共振用裏電極４ｂが、圧電体１上面には有機薄膜２
を介して櫛歯状の測定用表電極３ａおよび共振用表電極
４ａが形成されている。このように構成された素子の上
下面において、測定用表電極３ａおよび測定用裏電極４
ａは、共振周波数測定装置５ａにそれぞれ配線され、共
振用表電極３ｂおよび共振用裏電極４ｂは、共振電圧印
加装置５ｂにそれぞれ配線される。図２に圧電体１上面
の表電極３ａ、３ｂの形状を示しているが、下面の裏電
極４ａ、４ｂについても、図示しないが同様に形成され
ている。
【０００８】圧電体１の材料には、有機圧電材料である
ＶＤＦ／ＴｒＦＥ（フッ化ビニリデン／テトラフルオロ
エチレン・コポリマ）を用い、圧電体１は、溶媒抽出法
により厚さ約１０μ程度の多孔質に形成されている。具
体的には、ＶＤＦ／ＴｒＦＥのメチルエチルケトン−ア
セトン溶液５％をキャスト板に流し、真空乾燥して溶媒
が２０〜４０％残存する状態とし、それをメタノール水
溶液で抽出することによりフィルム状の連続多孔体とす
ることができる。作成されたフィルムは、熱処理後厚さ
１μ当たり印加電圧１００Ｖでポーリングを行うことに
より、優良な圧電性を示すようになる。この溶媒抽出法
以外に、多孔質に形成する方法として、成膜中に高圧下
でガスを充填してその後常圧でガスを抜く方法、有機物
または無機物の添加物をフィルム中に混合成膜してその
添加物を溶媒や水によって抽出する方法、フィルム状で
過延伸する方法などがある。また、セラミックス圧電材
料では、ＰＺＴ粉末の焼結等によって多孔質に形成する
ことができる。また、これらは多孔質体の形成方法であ
るが、多孔面体としては、圧電体の簡便な表面処理のみ
で形成でき、サンドブラスト法、ウォーターホーニング
等の粗面化の方法をとることができる。また、すりガラ
ス等の粗面上でのキャスト法での成形によっても粗面化
することができる。
ＶＤＦ／ＴｒＦＥ（フッ化ビニリデン／テトラフルオロ
エチレン・コポリマ）を用い、圧電体１は、溶媒抽出法
により厚さ約１０μ程度の多孔質に形成されている。具
体的には、ＶＤＦ／ＴｒＦＥのメチルエチルケトン−ア
セトン溶液５％をキャスト板に流し、真空乾燥して溶媒
が２０〜４０％残存する状態とし、それをメタノール水
溶液で抽出することによりフィルム状の連続多孔体とす
ることができる。作成されたフィルムは、熱処理後厚さ
１μ当たり印加電圧１００Ｖでポーリングを行うことに
より、優良な圧電性を示すようになる。この溶媒抽出法
以外に、多孔質に形成する方法として、成膜中に高圧下
でガスを充填してその後常圧でガスを抜く方法、有機物
または無機物の添加物をフィルム中に混合成膜してその
添加物を溶媒や水によって抽出する方法、フィルム状で
過延伸する方法などがある。また、セラミックス圧電材
料では、ＰＺＴ粉末の焼結等によって多孔質に形成する
ことができる。また、これらは多孔質体の形成方法であ
るが、多孔面体としては、圧電体の簡便な表面処理のみ
で形成でき、サンドブラスト法、ウォーターホーニング
等の粗面化の方法をとることができる。また、すりガラ
ス等の粗面上でのキャスト法での成形によっても粗面化
することができる。
【０００９】ガス吸着能を有する有機薄膜２としては、
キャスト法、真空蒸着法またはＬＢ（ラングミュア−ブ
ロージェット）法等により、ポリエチレン、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリ
ル、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリカー
ボネート、ポリエチレングリコールおよびポリスチレン
等の単体または共重合体による高分子膜、エッグレシチ
ン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジル
セリン、アゾレクチンおよびコレステロール等の単体ま
たは混合物の脂質膜、オクタデカン酸、ノナデカン酸、
シス−１３−ドコセン酸、トランス−１３−ドコセン
酸、オクタデカン酸カドミウム塩、エイコサン酸カドミ
ウム塩、シス−１３−ドコセン酸カドミウム塩およびト
ランス−１３−ドコセン酸カドミウム塩等の単体または
混合したＬＢ膜などを用いることができる。なお、本実
施形態では、アゾレクチンのクロロホルム溶液からキャ
スト法により約０．１μのアゾレクチン膜を作成し、有
機薄膜２とした。
キャスト法、真空蒸着法またはＬＢ（ラングミュア−ブ
ロージェット）法等により、ポリエチレン、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリ
ル、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリカー
ボネート、ポリエチレングリコールおよびポリスチレン
等の単体または共重合体による高分子膜、エッグレシチ
ン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジル
セリン、アゾレクチンおよびコレステロール等の単体ま
たは混合物の脂質膜、オクタデカン酸、ノナデカン酸、
シス−１３−ドコセン酸、トランス−１３−ドコセン
酸、オクタデカン酸カドミウム塩、エイコサン酸カドミ
ウム塩、シス−１３−ドコセン酸カドミウム塩およびト
ランス−１３−ドコセン酸カドミウム塩等の単体または
混合したＬＢ膜などを用いることができる。なお、本実
施形態では、アゾレクチンのクロロホルム溶液からキャ
スト法により約０．１μのアゾレクチン膜を作成し、有
機薄膜２とした。
【００１０】不連続な表面電極としての表電極３ａ、３
ｂは、材質として金−ニッケル−白金のような耐食性の
電極材料が用いられ、有機薄膜２上に真空蒸着によって
櫛歯状（１００〜３６０メッシュ）に形成されている。
また、他の実施形態として表電極３ａ、３ｂを、放射状
（図３）、螺旋状（図４）または波状（図５）等に形成
してもよい。その結果、圧電体１の上下面に電極を構成
するとともに、有機薄膜２にガスを吸着させることが可
能となる。また、圧電体１の裏面側に、表面側と同様有
機薄膜を構成することもでき、そのときにはガス感応面
積が大きくなる。
ｂは、材質として金−ニッケル−白金のような耐食性の
電極材料が用いられ、有機薄膜２上に真空蒸着によって
櫛歯状（１００〜３６０メッシュ）に形成されている。
また、他の実施形態として表電極３ａ、３ｂを、放射状
（図３）、螺旋状（図４）または波状（図５）等に形成
してもよい。その結果、圧電体１の上下面に電極を構成
するとともに、有機薄膜２にガスを吸着させることが可
能となる。また、圧電体１の裏面側に、表面側と同様有
機薄膜を構成することもでき、そのときにはガス感応面
積が大きくなる。
【００１１】このように、ガスセンサを構成したので、
圧電体１と有機薄膜２との接合面が双方有機物となるの
で、経時的な剥離等の耐久性が向上する。また、圧電体
１を多孔質に形成しているので、有機薄膜２を形成する
表面が凹凸を有し、形成された有機薄膜２がその凹凸の
上に形成され、圧電体１とかみ合う。その結果、アンカ
ー効果により接合面の強度は飛躍的に大きくなる。
圧電体１と有機薄膜２との接合面が双方有機物となるの
で、経時的な剥離等の耐久性が向上する。また、圧電体
１を多孔質に形成しているので、有機薄膜２を形成する
表面が凹凸を有し、形成された有機薄膜２がその凹凸の
上に形成され、圧電体１とかみ合う。その結果、アンカ
ー効果により接合面の強度は飛躍的に大きくなる。
【００１２】上記のように作成されたガスセンサは、次
の式１に基づいて、ガスの吸着による重量変化からの周
波数変化を検出することができる。
の式１に基づいて、ガスの吸着による重量変化からの周
波数変化を検出することができる。
【００１３】
【数１】
【００１４】ここで、Ｆは印加周波数（Ｈｚ）、ΔＦは
ガス吸着による周波数変化（Ｈｚ）、ΔＷは膜の重量変
化（ｇ）、Ａは膜の面積（ｃｍ2 ）である。
ガス吸着による周波数変化（Ｈｚ）、ΔＷは膜の重量変
化（ｇ）、Ａは膜の面積（ｃｍ2 ）である。
【００１５】このガスセンサを測定雰囲気中にさらす
と、有機薄膜２が雰囲気中のガスを吸着する。このガス
の吸着能は、有機薄膜２の材質または吸着するガスの種
類によって異なり、したがって、有機薄膜２に材質の極
性や感応基、包括作用の異なる材質を用いた複数のセン
サを用意して、同時に出力をとることにより、ガスの存
在のみならず、それぞれの相関関係に基づいてガスの種
別を特定することが可能となる。また、この第１の実施
形態では、圧電体１を共振させる電極と、その周波数変
化を検出する電極が個別に設けられているので、後述の
第２の実施形態のように一体の電極で行う場合よりも測
定精度が向上する。
と、有機薄膜２が雰囲気中のガスを吸着する。このガス
の吸着能は、有機薄膜２の材質または吸着するガスの種
類によって異なり、したがって、有機薄膜２に材質の極
性や感応基、包括作用の異なる材質を用いた複数のセン
サを用意して、同時に出力をとることにより、ガスの存
在のみならず、それぞれの相関関係に基づいてガスの種
別を特定することが可能となる。また、この第１の実施
形態では、圧電体１を共振させる電極と、その周波数変
化を検出する電極が個別に設けられているので、後述の
第２の実施形態のように一体の電極で行う場合よりも測
定精度が向上する。
【００１６】また、図６は、本発明を利用した第２の実
施形態のガスセンサの構成を示したものであり、図にお
いて、圧電素子として多孔質に形成された圧電体１の上
面側に、ガス吸着能を有する有機薄膜２が形成され、圧
電体１下面には一面の裏電極４が、有機薄膜２を介して
上面には格子状の表電極３が形成されている。このよう
に構成された素子の表電極３および裏電極４には、圧電
体１を共振させるとともに周波数変化を検出する共振周
波数測定装置５にそれぞれ配線される。
施形態のガスセンサの構成を示したものであり、図にお
いて、圧電素子として多孔質に形成された圧電体１の上
面側に、ガス吸着能を有する有機薄膜２が形成され、圧
電体１下面には一面の裏電極４が、有機薄膜２を介して
上面には格子状の表電極３が形成されている。このよう
に構成された素子の表電極３および裏電極４には、圧電
体１を共振させるとともに周波数変化を検出する共振周
波数測定装置５にそれぞれ配線される。
【００１７】圧電体１の材料には、第１の実施形態と同
様に、有機圧電材料であるＶＤＦ／ＴｒＦＥ（フッ化ビ
ニリデン／テトラフルオロエチレン・コポリマ）を用
い、圧電体１は、溶媒抽出法により厚さ約１０μ程度の
多孔質に形成されている。具体的には、ＶＤＦ／ＴｒＦ
Ｅのメチルエチルケトン−アセトン溶液５％をキャスト
板に流し、真空乾燥して溶媒が２０〜４０％残存する状
態とし、それをメタノール水溶液で抽出することにより
フィルム状の連続多孔体とすることができる。作成され
たフィルムは、熱処理後厚さ１μ当たり印加電圧１００
Ｖでポーリングを行うことにより、優良な圧電性を示す
ようになる。この溶媒抽出法以外に、多孔質に形成する
方法として、成膜中に高圧下でガスを充填してその後常
圧でガスを抜く方法、有機物または無機物の添加物をフ
ィルム中に混合成膜してその添加物を溶媒や水によって
抽出する方法、フィルム状で過延伸する方法などがあ
る。また、セラミックス圧電材料では、ＰＺＴ粉末の焼
結等によって多孔質に形成することができる。
様に、有機圧電材料であるＶＤＦ／ＴｒＦＥ（フッ化ビ
ニリデン／テトラフルオロエチレン・コポリマ）を用
い、圧電体１は、溶媒抽出法により厚さ約１０μ程度の
多孔質に形成されている。具体的には、ＶＤＦ／ＴｒＦ
Ｅのメチルエチルケトン−アセトン溶液５％をキャスト
板に流し、真空乾燥して溶媒が２０〜４０％残存する状
態とし、それをメタノール水溶液で抽出することにより
フィルム状の連続多孔体とすることができる。作成され
たフィルムは、熱処理後厚さ１μ当たり印加電圧１００
Ｖでポーリングを行うことにより、優良な圧電性を示す
ようになる。この溶媒抽出法以外に、多孔質に形成する
方法として、成膜中に高圧下でガスを充填してその後常
圧でガスを抜く方法、有機物または無機物の添加物をフ
ィルム中に混合成膜してその添加物を溶媒や水によって
抽出する方法、フィルム状で過延伸する方法などがあ
る。また、セラミックス圧電材料では、ＰＺＴ粉末の焼
結等によって多孔質に形成することができる。
【００１８】ガス吸着能を有する有機薄膜２としては、
第１の実施形態と同様、キャスト法、真空蒸着法または
ＬＢ（ラングミュア−ブロージェット）法等により、ポ
リエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチ
ル、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポ
リ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレングリコ
ールおよびポリスチレン等の単体または共重合体による
高分子膜、エッグレシチン、ホスファチジルエタノール
アミン、ホスファチジルセリン、アゾレクチンおよびコ
レステロール等の単体または混合物の脂質膜、オクタデ
カン酸、ノナデカン酸、シス−１３−ドコセン酸、トラ
ンス−１３−ドコセン酸、オクタデカン酸カドミウム
塩、エイコサン酸カドミウム塩、シス−１３−ドコセン
酸カドミウム塩およびトランス−１３−ドコセン酸カド
ミウム塩等の単体または混合したＬＢ膜などを用いるこ
とができ、本実施形態では、アゾレクチンのクロロホル
ム溶液からキャスト法により約０．１μのアゾレクチン
膜を作成し、有機薄膜２とした。
第１の実施形態と同様、キャスト法、真空蒸着法または
ＬＢ（ラングミュア−ブロージェット）法等により、ポ
リエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチ
ル、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポ
リ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレングリコ
ールおよびポリスチレン等の単体または共重合体による
高分子膜、エッグレシチン、ホスファチジルエタノール
アミン、ホスファチジルセリン、アゾレクチンおよびコ
レステロール等の単体または混合物の脂質膜、オクタデ
カン酸、ノナデカン酸、シス−１３−ドコセン酸、トラ
ンス−１３−ドコセン酸、オクタデカン酸カドミウム
塩、エイコサン酸カドミウム塩、シス−１３−ドコセン
酸カドミウム塩およびトランス−１３−ドコセン酸カド
ミウム塩等の単体または混合したＬＢ膜などを用いるこ
とができ、本実施形態では、アゾレクチンのクロロホル
ム溶液からキャスト法により約０．１μのアゾレクチン
膜を作成し、有機薄膜２とした。
【００１９】不連続な表面電極としての表電極３は、第
１の実施形態と同様に材質として金−ニッケル−白金の
ような耐食性の電極材料が用いられ、真空蒸着によって
図７に示すような網目状（１００〜３６０メッシュ）に
形成されている。また、他の実施形態として表電極３
を、櫛歯状（図８）、螺旋状（図９）、波状（図１０）
または放射状（図１１）等に形成してもよい。その結
果、圧電体１の上下面に電極を構成するとともに、有機
薄膜２にガスを吸着させることが可能となる。表電極３
に対して裏面電極である裏電極４は、ガスを吸着させる
必要がないので、面に形成しているが、圧電体１の裏面
側を表面側と同様に構成することもでき、そのときには
ガス感応面積が大きくなる。
１の実施形態と同様に材質として金−ニッケル−白金の
ような耐食性の電極材料が用いられ、真空蒸着によって
図７に示すような網目状（１００〜３６０メッシュ）に
形成されている。また、他の実施形態として表電極３
を、櫛歯状（図８）、螺旋状（図９）、波状（図１０）
または放射状（図１１）等に形成してもよい。その結
果、圧電体１の上下面に電極を構成するとともに、有機
薄膜２にガスを吸着させることが可能となる。表電極３
に対して裏面電極である裏電極４は、ガスを吸着させる
必要がないので、面に形成しているが、圧電体１の裏面
側を表面側と同様に構成することもでき、そのときには
ガス感応面積が大きくなる。
【００２０】このように、ガスセンサを構成したので、
圧電体１と有機薄膜２との接合面が双方有機物となるの
で、経時的な剥離等の耐久性が向上する。また、圧電体
１を多孔質に形成しているので、有機薄膜２を形成する
表面が凹凸を有し、形成された有機薄膜２がその凹凸の
上に形成され、圧電体１とかみ合う。その結果、アンカ
ー効果により接合面の強度は飛躍的に大きくなる。
圧電体１と有機薄膜２との接合面が双方有機物となるの
で、経時的な剥離等の耐久性が向上する。また、圧電体
１を多孔質に形成しているので、有機薄膜２を形成する
表面が凹凸を有し、形成された有機薄膜２がその凹凸の
上に形成され、圧電体１とかみ合う。その結果、アンカ
ー効果により接合面の強度は飛躍的に大きくなる。
【００２１】さらに、本発明を利用した第３の実施形態
について説明するが、このガスセンサの構成は、第１ま
たは第２実施形態と同様になる。この実施形態での上記
各実施形態との相違点は、圧電素子として多孔質に形成
された圧電体に、ガス吸着能を有する有機薄膜に使用さ
れる有機材料が複合化されたラミネートブレンドとして
形成され、圧電体の上下面には一面の表電極および裏電
極が形成されている。このように構成された素子の表電
極および裏電極には、圧電体を共振させるとともに周波
数変化を検出する共振周波数測定装置にそれぞれ配線さ
れる。また、上記第１実施形態のように共振周波数測定
装置と共振電圧印加装置とを別に設ける場合には、素子
の上下面あるいは一方を図２、図３、図４または図５の
ように形成してもよく、このように構成された素子の上
下面において、共振周波数測定装置および共振電圧印加
装置５ｂにそれぞれ配線される。
について説明するが、このガスセンサの構成は、第１ま
たは第２実施形態と同様になる。この実施形態での上記
各実施形態との相違点は、圧電素子として多孔質に形成
された圧電体に、ガス吸着能を有する有機薄膜に使用さ
れる有機材料が複合化されたラミネートブレンドとして
形成され、圧電体の上下面には一面の表電極および裏電
極が形成されている。このように構成された素子の表電
極および裏電極には、圧電体を共振させるとともに周波
数変化を検出する共振周波数測定装置にそれぞれ配線さ
れる。また、上記第１実施形態のように共振周波数測定
装置と共振電圧印加装置とを別に設ける場合には、素子
の上下面あるいは一方を図２、図３、図４または図５の
ように形成してもよく、このように構成された素子の上
下面において、共振周波数測定装置および共振電圧印加
装置５ｂにそれぞれ配線される。
【００２２】圧電体の材料には、上記各実施形態と同様
に、有機圧電材料であるＶＤＦ／ＴｒＦＥ（フッ化ビニ
リデン／テトラフルオロエチレン・コポリマ）を用い、
圧電体１は、溶媒抽出法により厚さ約１０μ程度の多孔
質に形成されている。このとき、上記各実施形態での多
孔質は多孔面の形成を目的にしているので、ごく微細な
ものでよいが、この実施形態においては通気性を有する
ような貫通孔が形成されるように配慮されなければなら
ない。また、ガス吸着能を有する有機材料としては、上
記各実施形態と同様にポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、
ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリ
エチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネー
ト、ポリエチレングリコールおよびポリスチレン等の単
体または共重合体による高分子膜、エッグレシチン、ホ
スファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリ
ン、アゾレクチンおよびコレステロール等の単体または
混合物の脂質膜、オクタデカン酸、ノナデカン酸、シス
−１３−ドコセン酸、トランス−１３−ドコセン酸、オ
クタデカン酸カドミウム塩、エイコサン酸カドミウム
塩、シス−１３−ドコセン酸カドミウム塩およびトラン
ス−１３−ドコセン酸カドミウム塩等の単体または混合
したＬＢ膜などを用いることができる。そして、電極と
しては、上記各実施形態と同様に金−ニッケル−白金の
ような耐食性の電極材料が用いられる。
に、有機圧電材料であるＶＤＦ／ＴｒＦＥ（フッ化ビニ
リデン／テトラフルオロエチレン・コポリマ）を用い、
圧電体１は、溶媒抽出法により厚さ約１０μ程度の多孔
質に形成されている。このとき、上記各実施形態での多
孔質は多孔面の形成を目的にしているので、ごく微細な
ものでよいが、この実施形態においては通気性を有する
ような貫通孔が形成されるように配慮されなければなら
ない。また、ガス吸着能を有する有機材料としては、上
記各実施形態と同様にポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、
ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリ
エチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネー
ト、ポリエチレングリコールおよびポリスチレン等の単
体または共重合体による高分子膜、エッグレシチン、ホ
スファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリ
ン、アゾレクチンおよびコレステロール等の単体または
混合物の脂質膜、オクタデカン酸、ノナデカン酸、シス
−１３−ドコセン酸、トランス−１３−ドコセン酸、オ
クタデカン酸カドミウム塩、エイコサン酸カドミウム
塩、シス−１３−ドコセン酸カドミウム塩およびトラン
ス−１３−ドコセン酸カドミウム塩等の単体または混合
したＬＢ膜などを用いることができる。そして、電極と
しては、上記各実施形態と同様に金−ニッケル−白金の
ような耐食性の電極材料が用いられる。
【００２３】この実施形態では、圧電体の上下面は電極
よって覆われてしまうが、圧電体の通気性を有する多孔
質の通孔において感応でき、感応面積が飛躍的に拡大す
る。そして、経時的な剥離の可能性はなくなり、耐久性
も飛躍的に向上する。
よって覆われてしまうが、圧電体の通気性を有する多孔
質の通孔において感応でき、感応面積が飛躍的に拡大す
る。そして、経時的な剥離の可能性はなくなり、耐久性
も飛躍的に向上する。
【００２４】以上のように、本発明は、圧電材料の多孔
質体による圧電素子としての圧電体１と、圧電体１表面
に塗布されたガス吸着能を有する有機薄膜２と、圧電素
子の表面に不連続に形成された網目状の表電極３と、圧
電素子の裏電極４と、からなり、圧電材料に有機圧電材
料であるＶＤＦ／ＴｒＦＥを用いることにより、有機薄
膜との接合面が経時変化に強くなる。そして、圧電材料
を多孔質膜に形成することでアンカー効果等により、密
着性がさらに向上する。
質体による圧電素子としての圧電体１と、圧電体１表面
に塗布されたガス吸着能を有する有機薄膜２と、圧電素
子の表面に不連続に形成された網目状の表電極３と、圧
電素子の裏電極４と、からなり、圧電材料に有機圧電材
料であるＶＤＦ／ＴｒＦＥを用いることにより、有機薄
膜との接合面が経時変化に強くなる。そして、圧電材料
を多孔質膜に形成することでアンカー効果等により、密
着性がさらに向上する。
【００２５】また、ガス吸着能を有する有機材料を複合
して成形した圧電材料の多孔質体による圧電素子と、前
記圧電素子の表面電極と、前記圧電素子の裏面電極と、
からなり、前記表面電極および前記裏面電極からガスの
存在に基づく出力を得るものである。そして、圧電素子
自体を多孔質体として、表面電極および裏面電極を特種
な形状に成形する必要はなく、ガスの吸着面積を飛躍的
に大きくすることができる。
して成形した圧電材料の多孔質体による圧電素子と、前
記圧電素子の表面電極と、前記圧電素子の裏面電極と、
からなり、前記表面電極および前記裏面電極からガスの
存在に基づく出力を得るものである。そして、圧電素子
自体を多孔質体として、表面電極および裏面電極を特種
な形状に成形する必要はなく、ガスの吸着面積を飛躍的
に大きくすることができる。
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示す
概略図。
概略図。
【図２】図１の表電極の形状を示す上面図。
【図３】図２同様、別の表電極の形状を示す上面図。
【図４】図２同様、別の表電極の形状を示す上面図。
【図５】図２同様、別の表電極の形状を示す上面図。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態の構成を示す
概略図。
概略図。
【図７】図６の表電極の形状を示す上面図。
【図８】図６同様、別の表電極の形状を示す上面図。
【図９】図６同様、別の表電極の形状を示す上面図。
【図１０】図６同様、別の表電極の形状を示す上面図。
【図１１】図６同様、別の表電極の形状を示す上面図。
１ 圧電体 ２ 有機薄膜 ３ 表電極 ４ 裏電極
Claims (3)
- 【請求項１】 圧電材料の多孔面体による圧電素子と、
該圧電素子表面に塗布されたガス吸着能を有する有機薄
膜と、前記圧電素子の表面に不連続に形成された表面電
極と、前記圧電素子の裏面電極と、からなり、前記表面
電極および前記裏面電極からガスの存在に基づく出力を
得ることを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項２】 圧電素子が有機圧電材料と、該圧電素子
表面に塗布されたガス吸着能を有する有機薄膜と、前記
圧電素子の表面に不連続に形成された表面電極と、前記
圧電素子の裏面電極と、からなり、前記表面電極および
前記裏面電極からガスの存在に基づく出力を得ることを
特徴とするガスセンサ。 - 【請求項３】 ガス吸着能を有する有機材料を複合して
成形した圧電材料の多孔質体による圧電素子と、前記圧
電素子の表面電極と、前記圧電素子の裏面電極と、から
なり、前記表面電極および前記裏面電極からガスの存在
に基づく出力を得ることを特徴とするガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3249896A JPH09229840A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3249896A JPH09229840A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09229840A true JPH09229840A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12360670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3249896A Pending JPH09229840A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09229840A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008521977A (ja) * | 2004-12-02 | 2008-06-26 | カナダ | ピロ電気変換のための高性能Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）コポリマー |
| US8393196B2 (en) | 2007-12-14 | 2013-03-12 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
| JP2016145762A (ja) * | 2015-02-09 | 2016-08-12 | オリンパス株式会社 | ガスセンサ |
| WO2019053870A1 (ja) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサー、ガス検出装置及びガス検出方法 |
-
1996
- 1996-02-20 JP JP3249896A patent/JPH09229840A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008521977A (ja) * | 2004-12-02 | 2008-06-26 | カナダ | ピロ電気変換のための高性能Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）コポリマー |
| US8393196B2 (en) | 2007-12-14 | 2013-03-12 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
| JP2016145762A (ja) * | 2015-02-09 | 2016-08-12 | オリンパス株式会社 | ガスセンサ |
| WO2019053870A1 (ja) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサー、ガス検出装置及びガス検出方法 |
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