JPS62255852A - 堆積物検出装置 - 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】 援地分国 本発明は、雰囲気中に粒子や粉塵等の物質が存＝　　在
するか否かを堆積によって検出する堆積物検出装置に関
するものであって、更に詳細には、雰囲気を局所的に加
熱させて、雰囲気中に存在する炭化物等の物質を熱分解
させて２次生成物を発生させこの２次生成物の堆積を検
出する堆積物検出手段に関するものである。特に、粉塵
検出器、煤煙検出器、窓ガラスの曇り度合検出器、油膜
検出器、等に使用するのに適した堆積物検出器に関する
ものである。

従】１１枚 従来の粉塵検出器や、煤煙検出器は、雰囲気中に存在す
る物質の存在を直接的に測定するものが殆どであり、そ
の装置は大型で複雑なものが多く。

使用方法が困難であるとか、コストが高い等の問題が多
かった。

且−孜 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、新規な原理に基づい
て雰囲気中の物質の存在を検出することが可能な検出装
置を提供することを目的とする。

諺−」又 本発明に拠れば、雰囲気を局所的に加熱させて。

雰囲気中に存在する物質を堆積させ、その堆積状態を監
視することによって雰囲気中に物質が存在することを検
出する。特に、本発明の好適実施形態においては、′８
囲気中に存在する炭素化合物を検出するものであって、
この炭素化合物を加熱して熱分解させ、その２次生成物
を所定の個所に堆積させることによって炭素化合物の存
在を検出する。即ち、本発明においては、空気中等の雰
囲気中に炭素化合物の気体やミストが存在している場合
、ヒータにより加熱することによって熱分解されてヒー
タの周辺に分解物質が堆積される。本発明は、この様な
現象に着目してなされたものであって、空気中等の雰囲
気中に浮遊している炭素化合物の存在を簡単に確認する
ことが可能であり、且つ堆積状態から雰囲気中に包含さ
れる炭化物の含有量を測定することも可能である。

以下、添付の図面を参考に１本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の１実施例に基づいて構成された堆積
物検出装置を示しており、それは所定の物質、例えばシ
リコンからなる基板１を有しており、その上表面には絶
縁層として二酸化シリコン層２が付着形成されている。

公知のホトリソグラフィ技術を使用してこの絶縁Ｍ２を
所望の形状にパターン形成し、更にパターン化した絶縁
層２をマスクとして基板１を選択的にエツチングして、
基板１内に凹所１ａを画定すると共に架橋構造２ａを形
成しである。尚、本実施例においては、架橋構造２ａは
パターン化された絶縁層２の一部から形成されている。

従って、架橋構造２ａは空中に張り出した形状であり、
その熱容量は著しく小さい。又、基板１のエツチングは
等方性エツチングと異方性エツチングとの組合せでも、
又異方性エツチングのみであっても良い。

架橋構造２ａは凹所１ａによって所定の長さ空中を延在
しており、その上には、加熱部としてのヒータ３が付着
形成されている。このヒータ３は、例えばＰＬ等の所望
の物質を付着させることによって形成することが可能で
あり１本実施例においては、ヒータ３に電流を流すこと
によってジュール発熱を起させ、その熱によって周囲の
雰囲気を加熱する。尚、ヒータ３は二酸化シリコン等の
絶縁物質でその周囲を取り囲む構成とすることも可能で
ある。又、ヒータ３へ印加する電流は継続的なものであ
っても良いが、パルス電流として印加することが好適で
ある。

上述した如き構成において、ヒータ３に電流を印加させ
ると、ヒータ３が発熱して周囲の雰囲気を加熱し、その
結果、雰囲気中に存在する物質も加熱されて熱分解を起
して２次生成物を生成し。

ヒータ３の周りの基板１乃至は絶縁層２の表面上に堆積
物５として堆積させる。この場合に、ヒータ３は高温状
態にあるので堆積物５は殆ど堆積されないが、ヒータ３
は架橋構造２ａ上に形成されており、その熱容量が小さ
いので、ヒータ３の周囲の絶縁層２及び基板１への輻射
熱の影響はかなり小さく、ヒータ３の周囲の絶縁層２及
び基板１はヒータ３及び架橋構造２ａと比較して、かな
りの低温状態に維持される。従って、ヒータ３によって
局所的に加熱された雰囲気中の物質は堆積物５としてヒ
ータ３の周りの絶縁層２及び基板１の表面上に堆積され
る。そこで、本実施例においては、光源（不図示）から
の光を堆積物５で反射させ、その反射光をモニタするこ
とによって堆積物５が堆積されたことを検知している。

この場合に、堆積物５の堆積量は反射光の強度に関係し
ており、従って、この反射光から堆積物５の量、及び雰
囲気中の含有量等を測定することが可能である。

第２図は、本発明の別の実施例に基づいて構成された堆
積物検出装置を示している。本実施例も基本的には前述
した第１図の装置と同一の構成を有しているので、同一
の要素には同一の番号を付しである。即ち、第２図の装
置も、シリコン等の物質からなる基板１を有しており、
その上表面上には二酸化シリコン等からなら絶縁層２が
形成されている。本実施例においては、基板１の選択部
分をその底部から絶縁層２に到達する迄エツチングを行
い除去部１ｂを形成している。この除去部１ｂを設ける
ことによって、絶縁層２の一部に架橋構造２ａを画定し
ている。架橋構造２ａの上には、少なくとも部分的にヒ
ータ３が形成されており、従ってヒータ３の熱容量は可
及的に最小とされている。尚、第１図の場合と同様に、
ヒータ３は所望の物質から形成されており、それに電流
を流すことによってジュール発熱させる構成となってい
る。又、所望により、ヒータ３の周囲を二酸化シリコン
等の絶縁物質で取り囲む構成とすることも可能である。

第２図の構成においては、ヒータ３が雰囲気を局所的に
加熱することによって、雰囲気中に存在する物質から堆
積物５がヒータ３の近傍で絶縁層２上に堆積される。従
って、光源（不図示）からの検知用光ビーム８を絶縁層
２の架橋構造２ａ下側から照射させ、該ビームの堆積物
５を介しての透過率に基づいて耐性物５が存在すること
及び、所望により、その量を検出する。この様に、第２
図の実施例は光透過型であり、絶縁層２の架橋構造２ａ
を光が透過されるので、絶縁層２は、少なくともその架
橋構造２ａの部分が透明であることが望ましい。

第２図は、本発明に適用可能な反射型の検出装置１０を
示しており、この検出装置１０は、発光ダイオード等か
らなる光源１１と、ホトトランジスタ又はＣｄＳ等の受
光素子１２を有しており、光源１１から射出された光を
絶縁層２で反射させ、その反射光を受光素子１２で受光
して、絶縁層２上に堆積物が堆積されていることを検出
する。一方、第４図は、透過型の検出装置１０を示して
おり、この場合も、光源１１と受光素子１１とを有する
ものであるが、堆積物は光源１１から受光素子１２への
光路内に位置され、堆積物を介して通過する光量を測定
して堆積状態を検出するものである。

第５図は、本発明の反射型の具体的構成例を示したもの
であって、基台１５上の中央に堆積物検出チップ１３が
配置されており、基台１５の底部から一対の支柱１６．
１６が延在している。基台１５の上表面には、更に、保
持フレーム１７が装着されており、光源１１と受光素子
１２とを互いに離隔し並置させて保持している。更に、
保護ネット１８が略その全体を包囲して設けられている
。

この構成においては、光源１１から射出される光がチッ
プ１３の堆積部で反射されて、その反射光が受光素子１
２に入射される構成となっている。

又、チップ１３としては、第１図に示した如き構成のも
のを使用することが可能であり、即ち、加熱部としての
ヒータ３及び、堆積物５を堆積させる絶縁層２等で構成
される堆積部を有している。

従って、受光素子１２で受光される反射光によってこの
様な堆積部上に堆積される堆積物の有無及びその量を検
出することが可能である。

第６図は、同じく、本発明の透過型の具体的構成例を示
したものであって、基本的には、第５図の反射型のもの
と同じ構成を有している。従って、同一の構成要素には
同一の参照番号を付しである。

本例の場合には、光源１１が基台１５の中央部に配置さ
れており、チップ１３はこの光源１１の上に設けられて
いる。更に、受光素子１２は受光素子１１の垂直上方に
位置された保持フレーム１７に保持されている。チップ
１３は、前述した如く、加熱部とそれに隣接する堆積部
とを具備している。

この構成においては、光源１１からの光はチップ１３の
堆積部を通過して受光素子１２内に入射される。

第７図及び第８図は、本発明の透過型装置の別の実施例
を示しており、第８図は第７図中に示したｘ−Ｘ線に沿
っての概略断面図である。本装置においても、シリコン
等の物質からなる基板１を有しており、その上表面上に
は二酸化シリコン等の絶縁層２が被着形成されている。

絶縁層２は所定の形状にパターン形成されて、開口が形
成されると共に片持梁状の張出し部２ｂのパターンが形
成されている。この開口から基板１を選択的にエツチン
グして、凹所１ａを形成しており、従って絶縁層２の一
部で形成される張出し部２ｂは空中に張り出す構成とさ
れている。張出し部２ｂを包含して絶縁層２の上に、ヒ
ータ３が所定の物質から被着形成されており、ヒータ３
は、張出し部２ｂ上に形成される発熱部３ａとそれから
延在しており絶縁層２上に形成される一対のヒータ電極
部３ｂ、３ｂとを有している。発熱部３ａは、ヒータ３
の他の部分と比較して幅狭に形成されており、その部分
での抵抗値を大きくして通電した場合にジュール発熱す
る構成とされている。又、木実施例においては、発熱部
３ａは蛇行形状に形成して　　　　′あり、単位面積当
りの発熱量をかせいでいる。この様な構成とする場合に
は、ヒータ３を同一の物質から形成することが可能であ
るので、製造上有利である。

絶縁層２上で、凹所１ａの周囲の所定個所には感光性物
質からなる受光素子層２２が形成されている。本例では
、この層２２はＣｄＳから構成しである。この場合、Ｃ
ｄＳを塗布し、次いでそれを焼結処理する。受光素子層
２２の両端に夫々接続されて一対の出力電極２１ａ、２
１ｂが設けられており、出力電極２１ｂの他端にはボン
ディングワイヤ２３が接続されている。一方、第８図に
示した如く、受光素子層２２の上方には発光ダイオード
等の光源１１を配設する。尚、これらの出力電極２１ａ
、２１ｂはヒータ３と同じ材料で形成すると良い。尚、
受光素子層２２は、後述する如く、堆積部として機能す
る。

この様な構成においては、ヒータ３に電流を通電させる
ことによって１周囲の雰囲気が局所的に加熱される。こ
の場合に、ヒータ３の発熱部３ａ及びそれを担持する張
出し部２ｂは高温状態とされるが、これらの熱容量は小
さく、輻射熱も小さいので、それら以外の部分は比較的
低温状態に維持される。従って、受光素子層２２も比較
的低温状態に維持され、その結果、ヒータ３によって局
所的に加熱された雰囲気中の物質、特に炭素化合物、が
熱分解されて生成される２次生成物はこの受光素子層２
２上に堆積される。従って、受光素子層２２は堆積部と
して作用し、その表面上に堆積物を堆積させる。この様
に、受光素子層２２上に堆積物が堆積されると、光源】
。１からの受光量が変化するので、それにより、堆積物
の有無及びその量、延いては雰囲気中に存在している炭
素化合物等の物質を検出することが可能である。

第９図は、本発明装置のシステムの１例を示しており、
透過型の堆積物検出装置３１は、光源１１と受光素子１
２との間に介在されている。装置３１は前述した如きマ
イクロヒータ形状の加熱部と、雰囲気への加熱により堆
積される堆積物を堆積させる堆積部とを有しており、光
源１１からの光は堆積部を透過して受光素子１２へ入射
される。

光源１１は抵抗Ｒを介して電源３３へ接続されており、
タイミング回路３４からの所定のタイミングに基づいて
、駆動電流が光源１１へ供給される。

装置３１のヒータにパルス電流を印加する為のヒータ電
源３５が設けられており、これはタイミング回路３６に
接続されている。従って、ヒータ電源３５からは所定の
タイミングでパルス電流が装置３１のヒータへ印加され
る。受光素子１２からの出力は増幅器３２によって増幅
され、信号発生器３７へ供給される。

本発明に拠れば、雰囲気中に含有される微量の成分を短
時間で検出することが可能であり、又第１０図に示した
如く、検出出力Ｖｏｕｔはその濃度に依存性があるので
、その成分の含有量を算出することが可能である。第１
０図に、実線で示した如く、ヒータを駆動しない場合に
は、検出出力であるＶｏｕｔは殆ど経時的変化を示さな
いが、ヒータを駆動すると、検出出力Ｖｏｕｔは、雰囲
気中の炭素化合物の含有濃度がｌｐｐｍであるか、１０
ｐｐｍであるか、１１００ｐｐであるかに応じて。

夫々点線、一点鎖線、二点鎖線で夫々示した如く変化す
る。従って、出力Ｖｏｕｔからその濃度を算出すること
が可能であることが分かる。

羞−米 以上、詳説した如く、本発明に拠れば、堆積物の有無及
びその量を検出することが可能である。

又、雰囲気中に存在する物質、特に炭素化合物。

を検出することが可能である。本装置に拠れば、高精度
で且つ高速に堆積物の検出を行うことが可能である。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが１本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に基づいて構成された反射型
の検出装置を示した概略断面図、第２図は本発明の別の
実施例に基づいて構成された透過型の検出装置を示した
概略断面図、第３図及び第４図は夫々反射型及び透過型
の検出光学系を示した各説明図、第５図は本発明の反射
型検出装置の１例を示した概略図、第６図は本発明の透
過型検出装置の１例を示した概略図、第７図は透過型検
出装置で受光素子を一体的に組み込んだ場合の実施例を
示した概略平面図、第８図は第７図中に示したｘ　−Ｘ
線に沿っての断面及び光源１１との位置関係を示した概
略図、第９図は本発明の透過型検出装置のシステムの１
例を示した説明図、第１０図は本発明の検出特性を示し
たグラフ図、である。 （符号の説明） １：基板 ２：絶縁層 ２ａ：架橋構造 ２ｂ＝張出し部 ３：ヒータ ５：堆積物 １ｏ：検出光学系 特許出願人　　リコー精器株式会社 第１図　　　　　　第２図 第３図　　　　　　　第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、雰囲気を加熱する加熱部と、前記加熱部の近傍に位
   置されており前記加熱部による加熱によって前記雰囲気
   中に存在する物質が堆積される堆積部と、前記堆積部上
   に堆積物が堆積したか否かを検出する検出手段とを有す
   ることを特徴とする堆積物検出装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記検出手段が光
   学的検出手段であることを特徴とする装置。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記加
   熱部は、基板の一部に架橋構造を形成してあり、少なく
   とも前記架橋構造上に付着形成されていることを特徴と
   する装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記基板上に絶縁
   層を形成し、前記絶縁層を所定の形状にパターン形成す
   ると共に、前記基板を選択的にエッチングすることによ
   って前記架橋構造が形成されていることを特徴とする装
   置。 ５、特許請求の範囲第３項において、前記基板の１表面
   上に絶縁層を形成すると共に、その反対表面から前記基
   板を選択的にエッチングして前記架橋構造を形成してい
   ることを特徴とする装置。 ６、特許請求の範囲第３項において、前記堆積部も前記
   基板上に設定されていることを特徴とする装置。 ７、特許請求の範囲第２項において、前記光学的検出手
   段が反射型であり、前記堆積部上での光の反射の程度に
   よって堆積の度合を検出することを特徴とする装置。 ８、特許請求の範囲第２項において、前記光学的検出手
   段が透過型であり、光が前記堆積部に堆積される堆積物
   を透過する程度によって堆積の度合を検出することを特
   徴とする装置。