JPH10123081A - ガス識別方法およびガス識別装置 - Google Patents
ガス識別方法およびガス識別装置Info
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- JPH10123081A JPH10123081A JP27314096A JP27314096A JPH10123081A JP H10123081 A JPH10123081 A JP H10123081A JP 27314096 A JP27314096 A JP 27314096A JP 27314096 A JP27314096 A JP 27314096A JP H10123081 A JPH10123081 A JP H10123081A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス種の特定、特にメタンガスを識別するこ
とのできる技術を提供すること。 【解決手段】 柱状結晶ガス検知素子Ａを用いてメタン
ガスを識別するに、ガス検知素子に、第一設定温度でメ
タンガスを接触させて出力値を得るとともに、第一設定
温度とは異なる第二設定温度でメタンガスを接触させて
出力値を得て、その両出力値の差からメタンガスの標準
出力変化量を求めておき、ガス検知素子Ａに、第一設定
温度で被検知ガスを接触させて第一出力値を得るととも
に、第一設定温度とは異なる第二設定温度で被検知ガス
を接触させて第二出力値を得て、第一出力と第二出力と
の差が標準出力変化量よりも大きい場合に、被検知ガス
がメタンガス以外であると判断するとともに、第一出力
と第二出力との差が標準出力変化量以下である場合に、
被検知ガスがメタンガスであると推定する。
とのできる技術を提供すること。 【解決手段】 柱状結晶ガス検知素子Ａを用いてメタン
ガスを識別するに、ガス検知素子に、第一設定温度でメ
タンガスを接触させて出力値を得るとともに、第一設定
温度とは異なる第二設定温度でメタンガスを接触させて
出力値を得て、その両出力値の差からメタンガスの標準
出力変化量を求めておき、ガス検知素子Ａに、第一設定
温度で被検知ガスを接触させて第一出力値を得るととも
に、第一設定温度とは異なる第二設定温度で被検知ガス
を接触させて第二出力値を得て、第一出力と第二出力と
の差が標準出力変化量よりも大きい場合に、被検知ガス
がメタンガス以外であると判断するとともに、第一出力
と第二出力との差が標準出力変化量以下である場合に、
被検知ガスがメタンガスであると推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁性基板表面に
垂直あるいはほぼ垂直の方向で、径０．００１〜１０μ
ｍの柱状結晶として形成され、かつ、隣接する柱状結晶
間の非融着部の平均長さが柱状結晶長さの３０％以上に
なるように、金属酸化物薄膜を絶縁性基板上に設け、被
検知ガスを接触させたときの前記金属酸化物薄膜のイン
ピーダンス変化に基づいてガスを検出自在に構成したガ
ス検知素子を用いてメタンガスを識別する技術に関す
る。
垂直あるいはほぼ垂直の方向で、径０．００１〜１０μ
ｍの柱状結晶として形成され、かつ、隣接する柱状結晶
間の非融着部の平均長さが柱状結晶長さの３０％以上に
なるように、金属酸化物薄膜を絶縁性基板上に設け、被
検知ガスを接触させたときの前記金属酸化物薄膜のイン
ピーダンス変化に基づいてガスを検出自在に構成したガ
ス検知素子を用いてメタンガスを識別する技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、上述のようなガス検知素子は、ガ
ス種の確定した状況下で、そのガスの濃度を測定する事
に利用されている。
ス種の確定した状況下で、そのガスの濃度を測定する事
に利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ガス種の不
確定な状態で、そのガス種を識別したい場合には、上述
のガス検知素子にかぎらず、複数のガス検知素子を用い
て、特定の条件下でガス検知させ、各ガス検知素子のガ
ス検知特性の差から、ガス種を判別しなければならず、
種々のガス検知素子を特定条件下に管理することや、複
数の出力を処理しなければならないこともあって困難で
あって、実用化されていないのが実情である。
確定な状態で、そのガス種を識別したい場合には、上述
のガス検知素子にかぎらず、複数のガス検知素子を用い
て、特定の条件下でガス検知させ、各ガス検知素子のガ
ス検知特性の差から、ガス種を判別しなければならず、
種々のガス検知素子を特定条件下に管理することや、複
数の出力を処理しなければならないこともあって困難で
あって、実用化されていないのが実情である。
【０００４】従って、本発明の目的は、上記実情に鑑
み、ガス種の特定、特にメタンガスを識別することので
きる技術を提供することにある。
み、ガス種の特定、特にメタンガスを識別することので
きる技術を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、絶縁性基
板表面に垂直あるいはほぼ垂直の方向で、径０．００１
〜１０μｍの柱状結晶として形成され、かつ、隣接する
柱状結晶間の非融着部の平均長さが柱状結晶長さの３０
％以上になるように、金属酸化物薄膜を絶縁性基板上に
設け、被検知ガスを接触させたときの前記金属酸化物薄
膜のインピーダンス変化に基づいてガスを検出自在に構
成したガス検知素子（以下柱状結晶ガス検知素子と称す
る）を用いてメタンガスの検知を行った場合に、その出
力特性は、温度による影響をほとんど受けず、安定した
出力特性を示し、たとえば４００℃〜５００℃の範囲で
は同じ濃度のガスに対して同じ出力を示すのにたいし
て、メタン以外のガスを同様に検知させた場合には、逆
に温度によって出力特性に大きな相違が発生するという
新知見を得た。本発明は上述の新知見に基づきなされた
ものであって、 〔構成１〕この目的を達成するための本発明のガス識別
方法の特徴構成は、上述の柱状結晶ガス検知素子を用い
てメタンガスを識別するに、前記ガス検知素子に、第一
設定温度でメタンガスを接触させて出力値を得るととも
に、前記第一設定温度とは異なる第二設定温度でメタン
ガスを接触させて出力値を得て、その両出力値の差から
メタンガスの標準出力変化量を求めておき、前記ガス検
知素子に、第一設定温度で被検知ガスを接触させて第一
出力値を得るとともに、前記第一設定温度とは異なる第
二設定温度で被検知ガスを接触させて第二出力値を得
て、前記第一出力と前記第二出力との差が前記標準出力
変化量よりも大きい場合に、前記被検知ガスがメタンガ
ス以外であると判断するとともに、前記第一出力と前記
第二出力との差が前記標準出力変化量以下である場合
に、前記被検知ガスがメタンガスであると推定すること
にあり、ガス検知素子として第一、第二ガス検知素子を
設けておき、前記第一ガス検知素子に第一設定温度でメ
タンガスを接触させて出力値を得るとともに、前記第二
ガス検知素子に前記第一設定温度とは異なる第二設定温
度でメタンガスを接触させて出力値を得て、その両出力
値の差からメタンガスの標準出力変化量を求めておき、
前記第一ガス検知素子に、第一設定温度で被検知ガスを
接触させて第一出力値を得るとともに、前記第二ガス検
知素子に前記第二設定温度で被検知ガスを接触させて第
二出力値を得て、前記第一出力と前記第二出力との差が
前記標準出力変化量よりも大きい場合に、前記被検知ガ
スがメタンガス以外であると判断するとともに、前記第
一出力と前記第二出力との差が前記標準出力変化量以下
である場合に、前記被検知ガスがメタンガスであると推
定してもよく、前記第一設定温度もしくは第二設定温度
において、前記ガス検知素子の出力の濃度依存性をガス
検知特性として求めておき、前記第一出力と前記第二出
力との差が前記標準出力変化量以下である場合に、前記
第一出力あるいは第二出力を前記ガス検知特性に基づい
てメタンガス濃度に変換しても良い。
板表面に垂直あるいはほぼ垂直の方向で、径０．００１
〜１０μｍの柱状結晶として形成され、かつ、隣接する
柱状結晶間の非融着部の平均長さが柱状結晶長さの３０
％以上になるように、金属酸化物薄膜を絶縁性基板上に
設け、被検知ガスを接触させたときの前記金属酸化物薄
膜のインピーダンス変化に基づいてガスを検出自在に構
成したガス検知素子（以下柱状結晶ガス検知素子と称す
る）を用いてメタンガスの検知を行った場合に、その出
力特性は、温度による影響をほとんど受けず、安定した
出力特性を示し、たとえば４００℃〜５００℃の範囲で
は同じ濃度のガスに対して同じ出力を示すのにたいし
て、メタン以外のガスを同様に検知させた場合には、逆
に温度によって出力特性に大きな相違が発生するという
新知見を得た。本発明は上述の新知見に基づきなされた
ものであって、 〔構成１〕この目的を達成するための本発明のガス識別
方法の特徴構成は、上述の柱状結晶ガス検知素子を用い
てメタンガスを識別するに、前記ガス検知素子に、第一
設定温度でメタンガスを接触させて出力値を得るととも
に、前記第一設定温度とは異なる第二設定温度でメタン
ガスを接触させて出力値を得て、その両出力値の差から
メタンガスの標準出力変化量を求めておき、前記ガス検
知素子に、第一設定温度で被検知ガスを接触させて第一
出力値を得るとともに、前記第一設定温度とは異なる第
二設定温度で被検知ガスを接触させて第二出力値を得
て、前記第一出力と前記第二出力との差が前記標準出力
変化量よりも大きい場合に、前記被検知ガスがメタンガ
ス以外であると判断するとともに、前記第一出力と前記
第二出力との差が前記標準出力変化量以下である場合
に、前記被検知ガスがメタンガスであると推定すること
にあり、ガス検知素子として第一、第二ガス検知素子を
設けておき、前記第一ガス検知素子に第一設定温度でメ
タンガスを接触させて出力値を得るとともに、前記第二
ガス検知素子に前記第一設定温度とは異なる第二設定温
度でメタンガスを接触させて出力値を得て、その両出力
値の差からメタンガスの標準出力変化量を求めておき、
前記第一ガス検知素子に、第一設定温度で被検知ガスを
接触させて第一出力値を得るとともに、前記第二ガス検
知素子に前記第二設定温度で被検知ガスを接触させて第
二出力値を得て、前記第一出力と前記第二出力との差が
前記標準出力変化量よりも大きい場合に、前記被検知ガ
スがメタンガス以外であると判断するとともに、前記第
一出力と前記第二出力との差が前記標準出力変化量以下
である場合に、前記被検知ガスがメタンガスであると推
定してもよく、前記第一設定温度もしくは第二設定温度
において、前記ガス検知素子の出力の濃度依存性をガス
検知特性として求めておき、前記第一出力と前記第二出
力との差が前記標準出力変化量以下である場合に、前記
第一出力あるいは第二出力を前記ガス検知特性に基づい
てメタンガス濃度に変換しても良い。
【０００６】尚、図面は単に参照のみに利用したもので
あって、本発明は図面に限定されるものではない。
あって、本発明は図面に限定されるものではない。
【０００７】〔作用効果１〕つまり、上述の柱状結晶ガ
ス検知素子は、メタンガスに関して温度に依存すること
なく、ほぼ一定した出力特性を示すのに対し、他のガス
に対しては温度によって異なる出力特性を示す訳である
から、例えば、４００℃と、５００℃の条件で被検知ガ
スを検知した場合に、前記被検知ガスは、前記出力がほ
ぼ等しい場合にはメタンガス、大きく離れている場合に
はメタンガス以外のガスを主成分とするものであると予
想することができるのである。さらにいえば、４００
℃、５００℃に限らず、適宜２種の設定温度を設け、そ
の設定温度からそれぞれ被検知ガスに対する出力を得る
とともに、その出力を比較すれば、前記被検知ガスの主
成分がメタンガスであるか否かが識別できるのである。
前記出力を比較するときに大きく離れているか、ほぼ近
似しているかを判断する基準は、あらかじめメタンガス
について、各設定温度に於ける出力特性を調べておき、
その出力特性同士の差異の範囲を基に標準出力変化量を
設定すればよく、前記標準出力変化量をこのように設定
しておけば、被検知ガスがメタンガスである場合に、各
設定温度での出力差はその標準出力変化量以下になるか
ら、容易に出力差とガス種との関係を認識することがで
きるのである。尚、実際的には、主成分がメタンガスで
あるかどうかの識別ができれば足りる場合が多く、その
場合には、主成分に混入した他のガスに相当する値を加
味して標準出力変化量を設定しておけばよく、「基に」
と称するのは他の設計事項的調製を加える場合を許容す
る意味を持つ。
ス検知素子は、メタンガスに関して温度に依存すること
なく、ほぼ一定した出力特性を示すのに対し、他のガス
に対しては温度によって異なる出力特性を示す訳である
から、例えば、４００℃と、５００℃の条件で被検知ガ
スを検知した場合に、前記被検知ガスは、前記出力がほ
ぼ等しい場合にはメタンガス、大きく離れている場合に
はメタンガス以外のガスを主成分とするものであると予
想することができるのである。さらにいえば、４００
℃、５００℃に限らず、適宜２種の設定温度を設け、そ
の設定温度からそれぞれ被検知ガスに対する出力を得る
とともに、その出力を比較すれば、前記被検知ガスの主
成分がメタンガスであるか否かが識別できるのである。
前記出力を比較するときに大きく離れているか、ほぼ近
似しているかを判断する基準は、あらかじめメタンガス
について、各設定温度に於ける出力特性を調べておき、
その出力特性同士の差異の範囲を基に標準出力変化量を
設定すればよく、前記標準出力変化量をこのように設定
しておけば、被検知ガスがメタンガスである場合に、各
設定温度での出力差はその標準出力変化量以下になるか
ら、容易に出力差とガス種との関係を認識することがで
きるのである。尚、実際的には、主成分がメタンガスで
あるかどうかの識別ができれば足りる場合が多く、その
場合には、主成分に混入した他のガスに相当する値を加
味して標準出力変化量を設定しておけばよく、「基に」
と称するのは他の設計事項的調製を加える場合を許容す
る意味を持つ。
【０００８】〔構成２〕前記目的を達成するための本発
明のガス識別装置の特徴構成は、絶縁性基板表面に垂直
あるいはほぼ垂直の方向で、径０．００１〜１０μｍの
柱状結晶として形成され、かつ、隣接する柱状結晶間の
非融着部の平均長さが柱状結晶長さの３０％以上になる
ように、金属酸化物薄膜を絶縁性基板上に設け、被検知
ガスを接触させたときの前記金属酸化物薄膜のインピー
ダンス変化に基づいてガスを検出自在に構成したガス検
知素子を設けるとともに、そのガス検知素子の温度を、
少なくとも２種以上の設定温度に変更自在にする温度変
更機構を設け、互いに異なる設定温度から、少なくとも
二種以上の出力を得るとともに、その出力のうちの二種
の出力の差を求める演算部を設け、その演算結果が 前
記ガス検知素子に、第一設定温度でメタンガスを接触さ
せて得られる出力値と、前記第一設定温度とは異なる第
二設定温度でメタンガスを接触させて得られる出力値の
差から求められる標準出力変化量よりも小さい場合に前
記被検知ガスがメタンガスであると識別する識別手段を
設けてあることにあり、絶縁性基板表面に垂直あるいは
ほぼ垂直の方向で、径０．００１〜１０μｍの柱状結晶
として形成され、かつ、隣接する柱状結晶間の非融着部
の平均長さが柱状結晶長さの３０％以上になるように、
金属酸化物薄膜を絶縁性基板上に設け、被検知ガスを接
触させたときの前記金属酸化物薄膜のインピーダンス変
化に基づいてガスを検出自在に構成した第一、第二ガス
検知素子を設けるとともに、前記第一、第二ガス検知素
子の温度を互いに異なる２種の設定温度に維持する温度
維持機構を設け、前記設定温度から、二種の出力を得る
とともに、その出力の差を求める演算部を設け、その演
算結果が 前記第一ガス検知素子に、第一設定温度でメ
タンガスを接触させて得られる出力値と、前記第二ガス
検知素子に前記第一設定温度とは異なる第二設定温度で
メタンガスを接触させて得られる出力値の差から求めら
れる標準出力変化量よりも小さい場合に前記被検知ガス
がメタンガスであると識別する識別手段を設けてあって
もよい。
明のガス識別装置の特徴構成は、絶縁性基板表面に垂直
あるいはほぼ垂直の方向で、径０．００１〜１０μｍの
柱状結晶として形成され、かつ、隣接する柱状結晶間の
非融着部の平均長さが柱状結晶長さの３０％以上になる
ように、金属酸化物薄膜を絶縁性基板上に設け、被検知
ガスを接触させたときの前記金属酸化物薄膜のインピー
ダンス変化に基づいてガスを検出自在に構成したガス検
知素子を設けるとともに、そのガス検知素子の温度を、
少なくとも２種以上の設定温度に変更自在にする温度変
更機構を設け、互いに異なる設定温度から、少なくとも
二種以上の出力を得るとともに、その出力のうちの二種
の出力の差を求める演算部を設け、その演算結果が 前
記ガス検知素子に、第一設定温度でメタンガスを接触さ
せて得られる出力値と、前記第一設定温度とは異なる第
二設定温度でメタンガスを接触させて得られる出力値の
差から求められる標準出力変化量よりも小さい場合に前
記被検知ガスがメタンガスであると識別する識別手段を
設けてあることにあり、絶縁性基板表面に垂直あるいは
ほぼ垂直の方向で、径０．００１〜１０μｍの柱状結晶
として形成され、かつ、隣接する柱状結晶間の非融着部
の平均長さが柱状結晶長さの３０％以上になるように、
金属酸化物薄膜を絶縁性基板上に設け、被検知ガスを接
触させたときの前記金属酸化物薄膜のインピーダンス変
化に基づいてガスを検出自在に構成した第一、第二ガス
検知素子を設けるとともに、前記第一、第二ガス検知素
子の温度を互いに異なる２種の設定温度に維持する温度
維持機構を設け、前記設定温度から、二種の出力を得る
とともに、その出力の差を求める演算部を設け、その演
算結果が 前記第一ガス検知素子に、第一設定温度でメ
タンガスを接触させて得られる出力値と、前記第二ガス
検知素子に前記第一設定温度とは異なる第二設定温度で
メタンガスを接触させて得られる出力値の差から求めら
れる標準出力変化量よりも小さい場合に前記被検知ガス
がメタンガスであると識別する識別手段を設けてあって
もよい。
【０００９】尚、図面は単に参照のみに利用したもので
あって、本発明は図面に限定されるものではない。
あって、本発明は図面に限定されるものではない。
【００１０】〔作用効果２〕つまり、構成１に記載のガ
ス識別方法を行いガスを識別するに当たっては、まず、
一つの柱状結晶ガス検知素子に対して温度変更機構、あ
るいは、一対の柱状結晶ガス検知素子に対して温度維持
機構を設けることによって、先の２種の設定温度を管理
することができ、前記柱状結晶ガス検知素子による異な
る第一、第二設定温度の出力を得ることができる。ここ
で、前記出力を比較する演算部を設けてあるから、前記
両出力の差を求めることができる。そのため、その両出
力の差を標準出力変化量と比較して、前記被検知ガスが
メタンガスであるか否かを前記識別手段で識別すること
ができ、容易にガス種を識別することができるようにな
って、例えば天然ガスのガス漏れの検知を行う際に、他
の可燃性ガス（例えばエタノールガス）との誤検知を防
ぐことができる用になる。ところで、柱状結晶ガス検知
素子を一つだけ用いてガス識別装置を構成する場合に
は、前記温度変更機構をもって、２種の設定温度を実現
できるから、少ない要素でガス識別装置を構成すること
ができるとともに、二つの柱状結晶ガス検知素子を用い
てガス識別装置を構成する場合には、各素子を第一第二
設定温度に維持する温度維持機構を設けることで、二種
の設定温度を同時に実現することができるから、簡単な
制御でリアルタイムのガス識別が容易にできる。
ス識別方法を行いガスを識別するに当たっては、まず、
一つの柱状結晶ガス検知素子に対して温度変更機構、あ
るいは、一対の柱状結晶ガス検知素子に対して温度維持
機構を設けることによって、先の２種の設定温度を管理
することができ、前記柱状結晶ガス検知素子による異な
る第一、第二設定温度の出力を得ることができる。ここ
で、前記出力を比較する演算部を設けてあるから、前記
両出力の差を求めることができる。そのため、その両出
力の差を標準出力変化量と比較して、前記被検知ガスが
メタンガスであるか否かを前記識別手段で識別すること
ができ、容易にガス種を識別することができるようにな
って、例えば天然ガスのガス漏れの検知を行う際に、他
の可燃性ガス（例えばエタノールガス）との誤検知を防
ぐことができる用になる。ところで、柱状結晶ガス検知
素子を一つだけ用いてガス識別装置を構成する場合に
は、前記温度変更機構をもって、２種の設定温度を実現
できるから、少ない要素でガス識別装置を構成すること
ができるとともに、二つの柱状結晶ガス検知素子を用い
てガス識別装置を構成する場合には、各素子を第一第二
設定温度に維持する温度維持機構を設けることで、二種
の設定温度を同時に実現することができるから、簡単な
制御でリアルタイムのガス識別が容易にできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 〈１〉 図１に示すように、絶縁性基板１表面に垂直あ
るいはほぼ垂直の方向で、径０．００１〜１０μｍの柱
状結晶として形成され、かつ、隣接する柱状結晶間の非
融着部の平均長さが柱状結晶長さの３０％以上になるよ
うに、金属酸化物薄膜２を絶縁性基板１上に設け、被検
知ガスを接触させたときの前記金属酸化物薄膜２のイン
ピーダンス変化に基づいてガスを検出自在に構成したガ
ス検知素子Ａ（柱状結晶ガス検知素子）を以下のように
製造する。尚、前記柱状結晶ガス検知素子Ａに被検知ガ
スを接触させたときに前記金属酸化物薄膜のインピーダ
ンス変化を出力自在にするには、前記金属酸化物薄膜２
に一対の白金電極３をスパッタリング形成し、ブリッジ
回路Ｂ等の出力回路に組み込めばよい。
に基づいて説明する。 〈１〉 図１に示すように、絶縁性基板１表面に垂直あ
るいはほぼ垂直の方向で、径０．００１〜１０μｍの柱
状結晶として形成され、かつ、隣接する柱状結晶間の非
融着部の平均長さが柱状結晶長さの３０％以上になるよ
うに、金属酸化物薄膜２を絶縁性基板１上に設け、被検
知ガスを接触させたときの前記金属酸化物薄膜２のイン
ピーダンス変化に基づいてガスを検出自在に構成したガ
ス検知素子Ａ（柱状結晶ガス検知素子）を以下のように
製造する。尚、前記柱状結晶ガス検知素子Ａに被検知ガ
スを接触させたときに前記金属酸化物薄膜のインピーダ
ンス変化を出力自在にするには、前記金属酸化物薄膜２
に一対の白金電極３をスパッタリング形成し、ブリッジ
回路Ｂ等の出力回路に組み込めばよい。
【００１２】○柱状結晶ガス検知素子の製造 基板としてセラミック板及びガラス板１ａを使用する場
合には直接に、又シリコン板１ａを使用する場合にはそ
の表面にに定法に従ってＳｉＯ2 からなる絶縁層１ｂを
形成した後、ＰＶＤ法により金属酸化物薄膜半導体層２
を形成する。蒸着操作時の条件は、蒸着方法、基板の種
類、蒸着材料源としての金属及び金属酸化物の種類等に
よって変わり得るが、ＰＶＤ法に属するスパッタリング
法の場合には、基板温度５０〜７００℃、酸素を含有す
るＡｒ，Ｈｅ，Ｎ2等の保活性ガス雰囲気圧１×１０-1
〜１×１０-4トール、膜形成速度１０Å／分以上とす
る。基板温度が５０℃未満の場合には、明確な結晶構造
を示さない塊状の微粒からなる金属酸化物が相互に密着
した状態で基板上に形成されるので、ガスセンサは得ら
れない。基板温度が７００℃を上回る場合には、金属酸
化物の薄膜の形成中に結晶間の固体拡散と再結晶が進行
して、金属の溶融によって生ずる塊状若しくは粒状固体
に類似する粒状構造が形成され、柱状構造とはならな
い。不活性ガスの圧力が１×１０-4トール以下の場合に
は、密度の高い、繊維状の細い繊維状結晶となり、ガス
センサとしての感度が不十分となる。なお、本発明で採
用する雰囲気ガス圧範囲内でも、１×１０-1〜９×１０
-3トールの場合には、基板表面に形成される金属酸化物
結晶の柱状構造が最も顕著となってメタン等の炭化水素
類と水素のいずれに対しても高い感度を示す。一方雰囲
気ガス圧が９×１０-3〜１×１０-4トールの場合には、
結晶の径が減少して、メタン等の炭化水素類に対する感
度が大幅に低下するとともに、水素に対する感度は、極
大となる傾向が認められる。金属酸化物の膜形成速度が
１０Å／分未満の場合には、相互に密着した塊状の超微
粒子からなる薄膜が得られる様になり、これは、基板に
対する密着性にとぼしくなりかつガスセンサとしての高
い感度を有しない。膜形成速度が１０〜４００Å／分の
場合には、明確な柱状構造中に前述のデンドライト構造
が形成されやすく、炭化水素類と水素の双方に対して良
好な感度を示す。膜形成速度が４００Å／分を上回る
と、デンドライト構造はほとんど形成されなくなり、か
つ柱状構造が塊状構造に若干近いものとまり、水素に対
する感度は良好であるものの、炭化水素類に対する感度
は、大幅に低下する。膜形成速度に寄与するのは、主と
して高周波出力及びターゲット−基板間の距離である。
従って、本発明においては、高周波出力を１０Ｗ〜１０
ｋＷ程度、ターゲット−基板間距離を１０ｍｍ〜５００
ｍｍ程度とすることが好ましい。蒸着材料源としては、
すず、亜鉛、タングステン、チタン、鉄、マグネシウ
ム、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、酸
化チタン、酸化鉄、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化タングス
テン、酸化マグネシウム、酸化モリブデン、酸化ニオ
ブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化クロム等の
金属及び金属の酸化物が使用される。蒸着材料源として
すず等の金属を使用する場合には、酸素／不活性ガスの
比を１／５〜５／１（容積比）程度とすることが好まし
く、一方酸化すず等の酸化物を使用する場合には、酸素
／不活性ガスの比を１／５０〜１／２（容積比）程度と
することが好ましい。蒸着により形成された本発明ガス
センサ素子は、必要ならば、更にアニーリング処理によ
り、その安定性及び耐久性を高めることが出来る。アニ
ーリング処理は、例えばドライエア雰囲気中５００℃で
４時間程度保持することにより行われる。
合には直接に、又シリコン板１ａを使用する場合にはそ
の表面にに定法に従ってＳｉＯ2 からなる絶縁層１ｂを
形成した後、ＰＶＤ法により金属酸化物薄膜半導体層２
を形成する。蒸着操作時の条件は、蒸着方法、基板の種
類、蒸着材料源としての金属及び金属酸化物の種類等に
よって変わり得るが、ＰＶＤ法に属するスパッタリング
法の場合には、基板温度５０〜７００℃、酸素を含有す
るＡｒ，Ｈｅ，Ｎ2等の保活性ガス雰囲気圧１×１０-1
〜１×１０-4トール、膜形成速度１０Å／分以上とす
る。基板温度が５０℃未満の場合には、明確な結晶構造
を示さない塊状の微粒からなる金属酸化物が相互に密着
した状態で基板上に形成されるので、ガスセンサは得ら
れない。基板温度が７００℃を上回る場合には、金属酸
化物の薄膜の形成中に結晶間の固体拡散と再結晶が進行
して、金属の溶融によって生ずる塊状若しくは粒状固体
に類似する粒状構造が形成され、柱状構造とはならな
い。不活性ガスの圧力が１×１０-4トール以下の場合に
は、密度の高い、繊維状の細い繊維状結晶となり、ガス
センサとしての感度が不十分となる。なお、本発明で採
用する雰囲気ガス圧範囲内でも、１×１０-1〜９×１０
-3トールの場合には、基板表面に形成される金属酸化物
結晶の柱状構造が最も顕著となってメタン等の炭化水素
類と水素のいずれに対しても高い感度を示す。一方雰囲
気ガス圧が９×１０-3〜１×１０-4トールの場合には、
結晶の径が減少して、メタン等の炭化水素類に対する感
度が大幅に低下するとともに、水素に対する感度は、極
大となる傾向が認められる。金属酸化物の膜形成速度が
１０Å／分未満の場合には、相互に密着した塊状の超微
粒子からなる薄膜が得られる様になり、これは、基板に
対する密着性にとぼしくなりかつガスセンサとしての高
い感度を有しない。膜形成速度が１０〜４００Å／分の
場合には、明確な柱状構造中に前述のデンドライト構造
が形成されやすく、炭化水素類と水素の双方に対して良
好な感度を示す。膜形成速度が４００Å／分を上回る
と、デンドライト構造はほとんど形成されなくなり、か
つ柱状構造が塊状構造に若干近いものとまり、水素に対
する感度は良好であるものの、炭化水素類に対する感度
は、大幅に低下する。膜形成速度に寄与するのは、主と
して高周波出力及びターゲット−基板間の距離である。
従って、本発明においては、高周波出力を１０Ｗ〜１０
ｋＷ程度、ターゲット−基板間距離を１０ｍｍ〜５００
ｍｍ程度とすることが好ましい。蒸着材料源としては、
すず、亜鉛、タングステン、チタン、鉄、マグネシウ
ム、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、酸
化チタン、酸化鉄、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化タングス
テン、酸化マグネシウム、酸化モリブデン、酸化ニオ
ブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化クロム等の
金属及び金属の酸化物が使用される。蒸着材料源として
すず等の金属を使用する場合には、酸素／不活性ガスの
比を１／５〜５／１（容積比）程度とすることが好まし
く、一方酸化すず等の酸化物を使用する場合には、酸素
／不活性ガスの比を１／５０〜１／２（容積比）程度と
することが好ましい。蒸着により形成された本発明ガス
センサ素子は、必要ならば、更にアニーリング処理によ
り、その安定性及び耐久性を高めることが出来る。アニ
ーリング処理は、例えばドライエア雰囲気中５００℃で
４時間程度保持することにより行われる。
【００１３】○柱状結晶ガス検知素子の出力特性 先の柱状結晶ガス検知素子は、４００℃あるいは５００
℃において種々のガス種に対して図３、４のような出力
特性を示す。つまり、メタンに対する出力特性は各温度
においてほぼ一定であり、他のガスについては出力特性
が大きく変化していることが読み取れる。つまり、４０
０℃を第一設定温度として第一出力を得るとともに、５
００℃を第二設定温度として第二出力値を得たときに出
力差があまりなければ、主成分がメタンガスであり、出
力差が明らかにあれば、主成分がメタンガス以外である
と推定することができるのである。
℃において種々のガス種に対して図３、４のような出力
特性を示す。つまり、メタンに対する出力特性は各温度
においてほぼ一定であり、他のガスについては出力特性
が大きく変化していることが読み取れる。つまり、４０
０℃を第一設定温度として第一出力を得るとともに、５
００℃を第二設定温度として第二出力値を得たときに出
力差があまりなければ、主成分がメタンガスであり、出
力差が明らかにあれば、主成分がメタンガス以外である
と推定することができるのである。
【００１４】前記柱状結晶ガス検知素子Ａには、ヒータ
を設けて電圧供給によって温度可変に構成して、温度変
更機構１０ａを設けるとともに、前記柱状結晶ガス検知
素子Ａを少なくとも２種の設定温度（第一、第二設定温
度）に変更自在にし、その設定温度から、それぞれ出力
を得ることができる出力部１１を設けてある。前記出力
部１１は、前記二種の出力の差を求める演算部１１ａ、
および、その演算結果が前記柱状結晶検知素子Ａに、第
一設定温度でメタンガスを接触させて得られる出力値
と、前記第一設定温度とは異なる第二設定温度でメタン
ガスを接触させて得られる出力値の差から求められる標
準出力変化量よりも小さいか否かを識別する識別手段１
２ｂを兼ねる演算装置１２に接続してある（図２参
照）。前記演算装置１２では、入力された各出力の差を
求め、その差（出力差）と前記標準出力変化量とを比較
して、前記出力差が前記標準出力変化量よりも大きい
と、その被検知ガスの主成分はメタンガスではないとい
う信号を発するとともに、前記出力差が前記標準出力変
化量以下であるとその被検知ガスはメタンガスを主成分
とするものであるとして、ガス検知特性と照合してガス
濃度を出力する。 〈２〉前記柱状結晶ガス検知素子Ａを一対設け、（第
一、第二ガス検知素子）前記第一、第二ガス検知素子の
温度を互いに異なる２種の設定温度に維持するヒーター
からなる温度維持機構１０ｂを設け、前記設定温度か
ら、二種の出力を得るとともに、その出力の差を求める
演算部１２ａを設け、その演算結果が 前記第一ガス検
知素子に、第一設定温度でメタンガスを接触させて得ら
れる出力値と、前記第二ガス検知素子に前記第一設定温
度とは異なる第二設定温度でメタンガスを接触させて得
られる出力値の差から求められる標準出力変化量よりも
小さい場合に前記被検知ガスがメタンガスであると識別
する識別手段１２ｅを設けてガス識別装置を構成してあ
っても良い。このような場合図５に示すように、各ガス
検知素子からの出力をリアルタイムに識別することが出
来るようになる。
を設けて電圧供給によって温度可変に構成して、温度変
更機構１０ａを設けるとともに、前記柱状結晶ガス検知
素子Ａを少なくとも２種の設定温度（第一、第二設定温
度）に変更自在にし、その設定温度から、それぞれ出力
を得ることができる出力部１１を設けてある。前記出力
部１１は、前記二種の出力の差を求める演算部１１ａ、
および、その演算結果が前記柱状結晶検知素子Ａに、第
一設定温度でメタンガスを接触させて得られる出力値
と、前記第一設定温度とは異なる第二設定温度でメタン
ガスを接触させて得られる出力値の差から求められる標
準出力変化量よりも小さいか否かを識別する識別手段１
２ｂを兼ねる演算装置１２に接続してある（図２参
照）。前記演算装置１２では、入力された各出力の差を
求め、その差（出力差）と前記標準出力変化量とを比較
して、前記出力差が前記標準出力変化量よりも大きい
と、その被検知ガスの主成分はメタンガスではないとい
う信号を発するとともに、前記出力差が前記標準出力変
化量以下であるとその被検知ガスはメタンガスを主成分
とするものであるとして、ガス検知特性と照合してガス
濃度を出力する。 〈２〉前記柱状結晶ガス検知素子Ａを一対設け、（第
一、第二ガス検知素子）前記第一、第二ガス検知素子の
温度を互いに異なる２種の設定温度に維持するヒーター
からなる温度維持機構１０ｂを設け、前記設定温度か
ら、二種の出力を得るとともに、その出力の差を求める
演算部１２ａを設け、その演算結果が 前記第一ガス検
知素子に、第一設定温度でメタンガスを接触させて得ら
れる出力値と、前記第二ガス検知素子に前記第一設定温
度とは異なる第二設定温度でメタンガスを接触させて得
られる出力値の差から求められる標準出力変化量よりも
小さい場合に前記被検知ガスがメタンガスであると識別
する識別手段１２ｅを設けてガス識別装置を構成してあ
っても良い。このような場合図５に示すように、各ガス
検知素子からの出力をリアルタイムに識別することが出
来るようになる。
【図１】ガス検知素子の概略図
【図２】ガス検知方法を示す工程図
【図３】４００℃におけるガス検知素子の出力特性図
【図４】５００℃におけるガス検知素子の出力特性図
【図５】別実施例におけるガス検知素子を用いたガス検
知方法を示す工程図
知方法を示す工程図
１ 絶縁性基板 ３ 金属酸化物薄膜 １０ａ 演算部 １０ｂ 温度維持機構 １０ｅ 識別手段 Ａ ガス検知素子
Claims (5)
- 【請求項１】 絶縁性基板表面に垂直あるいはほぼ垂直
の方向で、径０．００１〜１０μｍの柱状結晶として形
成され、かつ、隣接する柱状結晶間の非融着部の平均長
さが柱状結晶長さの３０％以上になるように、金属酸化
物薄膜を絶縁性基板上に設け、被検知ガスを接触させた
ときの前記金属酸化物薄膜のインピーダンス変化に基づ
いてガスを検出自在に構成したガス検知素子を用いてメ
タンガスを識別するガス識別方法であって、 前記ガス検知素子に、第一設定温度でメタンガスを接触
させて出力値を得るとともに、前記第一設定温度とは異
なる第二設定温度でメタンガスを接触させて出力値を得
て、その両出力値の差からメタンガスの標準出力変化量
を求めておき、 前記ガス検知素子に、第一設定温度で被検知ガスを接触
させて第一出力値を得るとともに、前記第一設定温度と
は異なる第二設定温度で被検知ガスを接触させて第二出
力値を得て、 前記第一出力と前記第二出力との差が前記標準出力変化
量よりも大きい場合に、前記被検知ガスがメタンガス以
外であると判断するとともに、前記第一出力と前記第二
出力との差が前記標準出力変化量以下である場合に、前
記被検知ガスがメタンガスであると推定するガス識別方
法。 - 【請求項２】 絶縁性基板表面に垂直あるいはほぼ垂直
の方向で、径０．００１〜１０μｍの柱状結晶として形
成され、かつ、隣接する柱状結晶間の非融着部の平均長
さが柱状結晶長さの３０％以上になるように、金属酸化
物薄膜を絶縁性基板上に設け、被検知ガスを接触させた
ときの前記金属酸化物薄膜のインピーダンス変化に基づ
いてガスを検出自在に構成したガス検知素子を用いてメ
タンガスを識別するガス識別方法であって、 ガス検知素子として第一、第二ガス検知素子を設けてお
き、前記第一ガス検知素子に第一設定温度でメタンガス
を接触させて出力値を得るとともに、前記第二ガス検知
素子に前記第一設定温度とは異なる第二設定温度でメタ
ンガスを接触させて出力値を得て、その両出力値の差か
らメタンガスの標準出力変化量を求めておき、 前記第一ガス検知素子に、第一設定温度で被検知ガスを
接触させて第一出力値を得るとともに、前記第二ガス検
知素子に前記第二設定温度で被検知ガスを接触させて第
二出力値を得て、 前記第一出力と前記第二出力との差が前記標準出力変化
量よりも大きい場合に、前記被検知ガスがメタンガス以
外であると判断するとともに、前記第一出力と前記第二
出力との差が前記標準出力変化量以下である場合に、前
記被検知ガスがメタンガスであると推定するガス識別方
法。 - 【請求項３】 前記第一設定温度もしくは第二設定温度
において、前記ガス検知素子の出力の濃度依存性をガス
検知特性として求めておき、前記第一出力と前記第二出
力との差が前記標準出力変化量以下である場合に、前記
第一出力あるいは第二出力を前記ガス検知特性に基づい
てメタンガス濃度に変換する請求項１〜２のいずれか１
項に記載のガス識別方法。 - 【請求項４】 絶縁性基板表面に垂直あるいはほぼ垂直
の方向で、径０．００１〜１０μｍの柱状結晶として形
成され、かつ、隣接する柱状結晶間の非融着部の平均長
さが柱状結晶長さの３０％以上になるように、金属酸化
物薄膜を絶縁性基板上に設け、被検知ガスを接触させた
ときの前記金属酸化物薄膜のインピーダンス変化に基づ
いてガスを検出自在に構成したガス検知素子を設けると
ともに、そのガス検知素子の温度を、少なくとも２種以
上の設定温度に変更自在にする温度変更機構を設け、互
いに異なる設定温度から、少なくとも二種以上の出力を
得るとともに、その出力のうちの二種の出力の差を求め
る演算部を設け、その演算結果が 前記ガス検知素子
に、第一設定温度でメタンガスを接触させて得られる出
力値と、前記第一設定温度とは異なる第二設定温度でメ
タンガスを接触させて得られる出力値の差から求められ
る標準出力変化量よりも小さい場合に前記被検知ガスが
メタンガスであると識別する識別手段を設けてあるガス
識別装置。 - 【請求項５】 絶縁性基板表面に垂直あるいはほぼ垂直
の方向で、径０．００１〜１０μｍの柱状結晶として形
成され、かつ、隣接する柱状結晶間の非融着部の平均長
さが柱状結晶長さの３０％以上になるように、金属酸化
物薄膜を絶縁性基板上に設け、被検知ガスを接触させた
ときの前記金属酸化物薄膜のインピーダンス変化に基づ
いてガスを検出自在に構成した第一、第二ガス検知素子
を設けるとともに、前記第一、第二ガス検知素子の温度
を互いに異なる２種の設定温度に維持する温度維持機構
を設け、前記設定温度から、二種の出力を得るととも
に、その出力の差を求める演算部を設け、その演算結果
が 前記第一ガス検知素子に、第一設定温度でメタンガ
スを接触させて得られる出力値と、前記第二ガス検知素
子に前記第一設定温度とは異なる第二設定温度でメタン
ガスを接触させて得られる出力値の差から求められる標
準出力変化量よりも小さい場合に前記被検知ガスがメタ
ンガスであると識別する識別手段を設けてあるガス識別
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27314096A JPH10123081A (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | ガス識別方法およびガス識別装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27314096A JPH10123081A (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | ガス識別方法およびガス識別装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10123081A true JPH10123081A (ja) | 1998-05-15 |
Family
ID=17523683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27314096A Pending JPH10123081A (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | ガス識別方法およびガス識別装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10123081A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016125212A1 (ja) * | 2015-02-03 | 2016-08-11 | ソニー株式会社 | 筐体部品、電子機器、筐体部品の製造方法 |
-
1996
- 1996-10-16 JP JP27314096A patent/JPH10123081A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016125212A1 (ja) * | 2015-02-03 | 2016-08-11 | ソニー株式会社 | 筐体部品、電子機器、筐体部品の製造方法 |
| JPWO2016125212A1 (ja) * | 2015-02-03 | 2017-11-09 | ソニー株式会社 | 筐体部品、電子機器、筐体部品の製造方法 |
| US10710289B2 (en) | 2015-02-03 | 2020-07-14 | Sony Corporation | Casing component, electronic apparatus, and manufacturing method for a casing component |
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