(57)【要約】  設置し易いコンパクトな構造を維持し、かつ低消費電力化を図るとともに、結露した水分を十分に除去可能とすることによって、誤検知を防止して、精度の高いガス検知を可能とするガス検知装置およびガス検知方法を提供する。ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層６、および前記ガス検知層６を加熱可能なヒータ層４を有するセンサ素子１を用い、ヒータ層４に所定の周期ｔ１で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間ｔ２通電することによってガス検知層６を加熱した状態で、ガス検知層６の電気的特性に基づきガスを検知するガス検知方法において、ガス検知層６の結露または余剰水分を検知し、ガス検知層６の結露または余剰水分を検知した場合、ヒータ層４への通電時間ｔ２’を所定の通電時間ｔ２より長くするか、またはヒータ層４に通電する周期ｔ１を所定の周期ｔ１’より短くするガス検知装置およびガス検知方法。
2012105639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電するヒータ制御部と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知部と
を備えているガス検知装置であって、
前記ガス検知層の結露を検知するための結露検知部が設けられ、
前記結露検知部が前記ガス検知層の結露を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするように制御する構成となっている、ガス検知装置。
【請求項２】
前記結露検知部は、前記所定の通電時間内に一定となった前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度が所定の温度以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するように構成されている、請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記結露検知部は、前記所定の通電時間内における所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するように構成されている、請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記結露検知部は、前記ヒータ層の抵抗値を測定するように構成されており、前記所定の時間内に測定した前記ヒータ層の抵抗値と、予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値とから前記ヒータ層の温度を算出することによって、前記ヒータ層の温度を測定するように構成されている、請求項２または３に記載のガス検知装置。
【請求項５】
ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電するヒータ制御部と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知部と
を備えているガス検知装置であって、
前記ヒータ層による前記ガス検知層の加熱後に前記ガス検知層に残った水分を検知する水分検知部が設けられ、
前記水分検知部が前記ガス検知層に残った水分を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするように制御する構成となっている、ガス検知装置。
【請求項６】
前記水分検知部は、前記所定の通電時間内における所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層に残った水分を検知するように構成されている、請求項５に記載のガス検知装置。
【請求項７】
前記水分検知部は、前記ヒータ層の抵抗値を測定するように構成されており、前記所定の時間内に測定した前記ヒータ層の抵抗値と、予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値とから前記ヒータ層の温度を算出することによって、前記ヒータ層の温度を測定するように構成されている、請求項６に記載のガス検知装置。
【請求項８】
ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子を用い、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電することによって前記ガス検知層を加熱した状態で、前記ガス検知層の電気的特性に基づきガスを検知するガス検知方法において、
前記ガス検知層の結露を検知するステップと、
前記ガス検知層の結露を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするステップと
を含むガス検知方法。
【請求項９】
前記ガス検知層の結露を検知するステップが、前記所定の通電時間内に一定となった前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度が所定の温度以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するステップとを含む、請求項８に記載のガス検知方法。
【請求項１０】
前記ガス検知層の結露を検知するステップが、前記所定の通電時間内における前記ヒータ層の温度が所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が、所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するステップとを含む、請求項８に記載のガス検知方法。
【請求項１１】
前記ヒータ層の温度を測定するステップは、前記所定の時間内に前記ヒータ層の抵抗値を測定するステップと、測定した前記ヒータ層の抵抗値、並びに予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値から前記ヒータ層の温度を算出するステップとを含む、請求項９または１０に記載のガス検知方法。
【請求項１２】
ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子を用い、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電することによって前記ガス検知層を加熱した状態で、前記ガス検知層の電気的特性に基づきガスを検知するガス検知方法において、
前記ヒータ層による前記ガス検知層の加熱後に前記ガス検知層に残った水分を検知するステップと、
前記ガス検知層に残った水分を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするステップと
を含むガス検知方法。
【請求項１３】
前記ガス検知層に残った水分を検知するステップが、前記所定の通電時間内における前記ヒータ層の温度が所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が、所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層に残った水分を検知するステップとを含む、請求項１２に記載のガス検知方法。
【請求項１４】
前記ヒータ層の温度を測定するステップは、前記所定の時間内に前記ヒータ層の抵抗値を測定するステップと、測定した前記ヒータ層の抵抗値、並びに予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値から前記ヒータ層の温度を算出するステップとを含む、請求項１３に記載のガス検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子を用いて、ガスを検知するガス検知装置およびガス検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にガスセンサは、ガス検知装置などに用いられており、特定のガス、例えば、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＨ４（メタンガス）、Ｃ３Ｈ８（プロパンガス）、ＣＨ３ＯＨ（メタノール蒸気）などに対して選択的に感応するように構成されている。このようなガスセンサについては、その性格上、高感度、高選択性、高応答性、高信頼性、および低消費電力が要求されている。【０００３】
また、ガスセンサを用いたガス検知装置のうち、家庭用のガス漏れ警報器には、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性ガスの検知を目的としたもの、燃焼機器の不完全燃焼ガスの検知を目的としたもの、またはこれら両方の機能を合わせ持つものなどが存在している。しかしながら、いずれのガス漏れ警報器についても高いコストや設置の難易性の問題から広く普及していない。このようなガス漏れ警報器が広く普及するためには、特に、設置性を改善することが望まれている。このような要望に応じるためには、駆動源に電池を用いるとともにコードレス化を図ることによって、コンパクトなガスセンサを提供することが考えられる。駆動源に電池を用いる場合、ガスセンサを低消費電力化することが特に重要となる。しかしながら、接触燃焼式や半導体式のガスセンサは、４００℃〜５００℃の高温に加熱された状態でガスを検知する。そのため、高温状態を維持するために多くの電力を消費する必要があり、このことがガスセンサを低消費電力化する上で問題となっている。【０００４】
そこで、特許文献１には、間欠駆動する薄膜ガスセンサ１が開示されている。図１に示すように、この薄膜ガスセンサ１においては、Ｓｉ基板２が設けられ、Ｓｉ基板２には貫通孔２ａが設けられている。この貫通孔２ａの開口を覆うようにＳｉ基板２上全体に熱絶縁支持層３が配設されている。熱絶縁支持層３の構成については、Ｓｉ基板２上全体に熱酸化ＳｉＯ２層３ａが配設され、熱酸化ＳｉＯ２層３ａ上全体にＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層３ｂが配設され、ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層３ｂ上全体にＣＶＤ−ＳｉＯ２層３ｃが配設されている。【０００５】
さらに、熱絶縁支持層３上の中央部にはヒータ層４が配設され、熱絶縁支持層３全体およびヒータ層４を覆うように電気絶縁層５が配設されている。電気絶縁層５上の中央部にはガス検知層６が配設されている。ガス検知層６の構成については、電気絶縁層５上の中央部に一対の接合層６ａが配設され、一対の接合層６ａ上にそれぞれ感知層電極６ｂが配設され、一対の感知層電極６ｂの間を結ぶように電気絶縁層５上に感知層６ｃが配設されている。さらに、電気絶縁層５上には感知層電極６ｂおよび感知層６ｃを覆うように選択燃焼層６ｄが配設されている。そのため、特許文献１の薄膜ガスセンサは微細加工プロセスを用いたダイヤフラム構造などにより、高断熱性・低熱容量性に優れている。【０００６】
この薄膜ガスセンサ１において行なわれるヒータ層４の間欠駆動については、例えば、ＣＨ４、Ｃ３Ｈ８などの可燃性ガスを検出する場合、ヒータ層４の温度を４００℃〜５００℃の高温とするように、５０ｍｓ〜５００ｍｓの一定時間ヒータ層４に電圧を印加して通電し（Ｈｉｇｈ状態）、感知層電極６ｂにより感知層６ｃの抵抗値を測定し、その抵抗値の変化からＣＨ４、Ｃ３Ｈ８などの可燃性ガス濃度を検出している。高温下にある選択燃焼層６ｄにおいて、ＣＯ、Ｈ２（水素）などの還元性ガスその他の雑ガスを燃焼させることによって、不活性なＣＨ４、Ｃ３Ｈ８などの可燃性ガスが、選択燃焼層６ｄを透過して拡散するとともに、感知層６ｃに到達して感知層６ｃのＳｎＯ２と反応する結果、ＳｎＯ２の抵抗値が変化するので、このことを利用して、ガス機器などのガス漏れ時に発生するＣＨ４、Ｃ３Ｈ８などの可燃性ガスの濃度を検出している。さらに、ヒータ層４に電圧を印加せずに通電しない状態（オフ状態）を一定時間設定している。このような間欠駆動は、Ｈｉｇｈ−Ｏｆｆ駆動と呼ばれ、Ｈｉｇｈ状態およびＯｆｆ状態を所定の周期（例えば、６０秒周期）で繰り返される。【０００７】
また、不完全燃焼時に発生するＣＯを検知する場合、一旦、ヒータ層４の温度を４００℃〜５００℃の高温状態とするように、５０ｍｓ〜５００ｍｓの一定時間ヒータ層４に電圧を印加して通電し（Ｈｉｇｈ状態）、薄膜ガスセンサ１のクリーニングを行った後に、ヒータ層４の温度を約１００℃の低温状態に降温するように電圧を印加して通電し（Ｌｏｗ状態）、この低温状態でＣＯを検知する。このとき、ＣＯ感度および選択性が高くなることが知られている。さらに、ヒータ層４に電圧を印加せずに通電しない状態（オフ状態）を一定時間設定している。このような間欠駆動は、Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆ駆動と呼ばれ、Ｈｉｇｈ状態、Ｌｏｗ状態、およびＯｆｆ状態を所定の周期（例えば、１５０秒周期）で繰り返される。【０００８】
さらに、Ｌｏｗ状態においてＣＯ検知を行なうとともに、Ｈｉｇｈ状態において薄膜ガスセンサ１のクリーニングに加えてメタン検知も行うことによって、１つの薄膜ガスセンサ１においてメタンおよびＣＯの両方を検知可能なものも存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６４５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の間欠駆動においてヒータ層４がオフ状態の間は、ヒータ層４の温度が周囲の温度まで降温している。そのため、薄膜ガスセンサ１は周囲の温湿度の影響を受け易くなっている。特に、急激な周囲の温湿度変化による影響を受けた場合、ガス検知層６を含んだ薄膜ガスセンサ１全体が結露するおそれがある。薄膜ガスセンサ１が結露した場合、薄膜ガスセンサ１における各要素の抵抗が大幅に低下し、誤ってガス漏れ警報を発するおそれある。【００１１】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、設置し易いコンパクトな構造を維持し、かつ低消費電力化を図るとともに、結露した水分を十分に除去可能とすることによって、誤検知を防止して、精度の高いガス検知を可能とするガス検知装置およびガス検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
課題を解決するために本発明のガス検知装置における一態様は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電するヒータ制御部と、前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知部とを備えるガス検知装置であって、前記ガス検知層の結露を検知するための結露検知部が設けられ、前記結露検知部が前記ガス検知層の結露を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするように制御する構成となっている。【００１３】
この場合、本発明のガス検知装置における一態様は、以下のように構成されていると好ましい。
（１）前記結露検知部は、前記所定の通電時間内に一定となった前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度が所定の温度以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するように構成されているか、または
（２）前記結露検知部は、前記所定の通電時間内における所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するように構成されている。【００１４】
さらに、前記結露検知部は、前記ヒータ層の抵抗値を測定するように構成されており、前記所定の時間内に測定した前記ヒータ層の抵抗値と、予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値とから前記ヒータ層の温度を算出することによって、前記ヒータ層の温度を測定するように構成されていると好ましい。【００１５】
また、課題を解決するために本発明のガス検知装置における別の一態様は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電するヒータ制御部と、前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知部とを備えている、ガス検知装置であって、前記ヒータ層による前記ガス検知層の加熱後に前記ガス検知層に残った水分を検知する水分検知部が設けられ、前記水分検知部が前記ガス検知層に残った水分を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするように制御する構成となっている。【００１６】
この場合、本発明のガス検知装置における別の一態様は、以下のように構成されていると好ましい。
前記水分検知部は、前記所定の通電時間内における所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層に残った水分を検知するように構成されている。【００１７】
さらに、前記水分検知部は、前記ヒータ層の抵抗値を測定するように構成されており、前記所定の時間内に測定した前記ヒータ層の抵抗値と、予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値とから前記ヒータ層の温度を算出することによって、前記ヒータ層の温度を測定するように構成されていると好ましい。【００１８】
課題を解決するために本発明のガス検知方法における一態様は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子を用い、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電することによって前記ガス検知層を加熱した状態で、前記ガス検知層の電気的特性に基づきガスを検知するガス検知方法において、前記ガス検知層の結露を検知するステップと、前記ガス検知層の結露を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするステップとを含む。【００１９】
この場合、本発明のガス検知方法における一態様は、以下のようになっていると好ましい。
（１）前記ガス検知層の結露を検知するステップが、前記所定の通電時間内に一定となった前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度が所定の温度以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するステップとを含むか、または、
（２）前記ガス検知層の結露を検知するステップが、前記所定の通電時間内における前記ヒータ層の温度が所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が、所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するステップとを含む。【００２０】
さらに、前記ヒータ層の温度を測定するステップは、通電状態の前記ヒータ層の抵抗値を測定するステップと、前記測定した前記ヒータ層の抵抗値、並びに予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値から前記ヒータ層の温度を算出するステップとを含むと好ましい。【００２１】
また、課題を解決するために本発明のガス検知方法における別の一態様は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子を用い、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電することによって前記ガス検知層を加熱した状態で、前記ガス検知層の電気的特性に基づきガスを検知するガス検知方法において、前記ヒータ層による前記ガス検知層の加熱後に前記ガス検知層に残った水分を検知するステップと、前記ガス検知層に残った水分を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするステップとを含む。【００２２】
この場合、本発明のガス検知方法における別の一態様は、以下のようになっていると好ましい。
前記ガス検知層に残った水分を検知するステップが、前記所定の通電時間内における前記ヒータ層の温度が所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が、所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層に残った水分を検知するステップとを含む。【００２３】
さらに、前記ヒータ層の温度を測定するステップは、前記所定の時間内に前記ヒータ層の抵抗値を測定するステップと、測定した前記ヒータ層の抵抗値、並びに予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値から前記ヒータ層の温度を算出するステップとを含むと好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のガス検知装置における一態様によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明のガス検知装置は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電するヒータ制御部と、前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知部とを備えるガス検知装置であって、前記ガス検知層の結露を検知するための結露検知部が設けられ、前記結露検知部が前記ガス検知層の結露を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするように制御する構成となっている。
そのため、一定時間内において、前記ヒータ層への通電時間が結露検知前よりも増加することによって、前記ガス検知層を加熱する時間が増加する。従って、前記センサ素子に結露により付着した水分が早期に十分蒸発することとなり、前記センサ素子が、結露した状態から正常な状態に早期に復帰できる。よって、前記ヒータ層への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。【００２５】
さらに本発明のガス検知装置における一態様によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）前記結露検知部は、前記所定の通電時間内に一定となった前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度が所定の温度以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するように構成されているか、または、
（２）前記結露検知部は、前記所定の通電時間内における所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するように構成されている。
さらに、前記結露検知部は、前記ヒータ層の抵抗値を測定するように構成されており、前記所定の時間内に測定した前記ヒータ層の抵抗値と、予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値とから前記ヒータ層の温度を算出することによって、前記ヒータ層の温度を測定するように構成されている。
そのため、結露を検知するための結露センサや温度センサなどが不要となり、前記センサ素子およびガス検知装置は、部品点数増加により大型化することなく設置し易いコンパクトな構造を維持しながら、前記ヒータ層への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図り、かつ誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。【００２６】
また、本発明のガス検知装置における別の一態様によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明のガス検知装置は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電するヒータ制御部と、前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知部とを備えている、ガス検知装置であって、前記ヒータ層による前記ガス検知層の加熱後に前記ガス検知層に残った水分を検知する水分検知部が設けられ、前記水分検知部が前記ガス検知層に残った水分を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするように制御する構成となっている。
そのため、一定時間内において、前記ヒータ層への通電時間が、余剰水分検知前よりも増加することによって、前記ガス検知層を加熱する時間が増加する。従って、前記センサ素子に付着した余剰水分が早期に十分蒸発することとなり、前記センサ素子が、余剰水分の付着するような高湿度環境に対応して、正常な状態に早期に復帰できる。よって、前記ヒータ層への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。【００２７】
さらに本発明のガス検知装置における別の一態様によれば、以下の効果を得ることができる。
前記水分検知部は、前記所定の通電時間内における所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定して、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層に残った水分を検知するように構成されている。
さらに、前記水分検知部は、前記ヒータ層の抵抗値を測定するように構成されており、前記所定の時間内に測定した前記ヒータ層の抵抗値と、予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値とから前記ヒータ層の温度を算出することによって、前記ヒータ層の温度を測定するように構成されていると好ましい。
そのため、前記ヒータ層の抵抗値を測定して、かつ前記ヒータ層の温度を測定することによって、余剰水分の検知を行なうので、余剰水分を検知するための水分センサや温度センサなどが不要となり、前記センサ素子および前記ガス検知装置は、部品点数増加により大型化することなく設置し易いコンパクトな構造を維持しながら、前記ヒータ層への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図り、かつ誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる【００２８】
本発明のガス検知方法における一態様によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明のガス検知方法は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子を用い、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電することによって前記ガス検知層を加熱した状態で、前記ガス検知層の電気的特性に基づきガスを検知するガス検知方法において、前記ガス検知層の結露を検知するステップと、前記ガス検知層の結露を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするステップとを含む。
そのため、一定時間内において、前記ヒータ層への通電時間が結露検知前よりも増加することによって、前記ガス検知層を加熱する時間が増加する。従って、前記センサ素子に結露により付着した水分が早期に十分蒸発することとなり、前記センサ素子が、結露した状態から正常な状態に早期に復帰できる。よって、前記ヒータ層への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。【００２９】
さらに本発明のガス検知方法における一態様によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）前記ガス検知層の結露を検知するステップが、前記所定の通電時間内に一定となった前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度が所定の温度以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するステップとを含むか、または、
（２）前記ガス検知層の結露を検知するステップが、前記所定の通電時間内における前記ヒータ層の温度が所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が、所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層の結露を検知するステップとを含む。
さらに、前記ヒータ層の温度を測定するステップは、前記所定の時間内に前記ヒータ層の抵抗値を測定するステップと、測定した前記ヒータ層の抵抗値、並びに予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値から前記ヒータ層の温度を算出するステップとを含む。
そのため、前記センサ素子は、前記ヒータ層の温度や抵抗値を測定するというシンプルな方法によって、早期かつ確実に結露を検知して結露を除去することができるとともに、前記ヒータ層への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。【００３０】
また、本発明のガス検知方法における別の一態様によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明のガス検知方法は、ガスとの接触により電気的特性が変化する、ガス検知層、および前記ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子を用い、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の通電時間通電することによって前記ガス検知層を加熱した状態で、前記ガス検知層の電気的特性に基づきガスを検知するガス検知方法において、前記ヒータ層による前記ガス検知層の加熱後に前記ガス検知層に残った水分を検知するステップと、前記ガス検知層に残った水分を検知した場合、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするか、または前記ヒータ層に通電する周期を前記所定の周期より短くするステップとを含む。
そのため、一定時間内において、前記ヒータ層への通電時間が、余剰水分検知前よりも増加することによって、前記ガス検知層を加熱する時間が増加する。従って、前記センサ素子に付着した余剰水分が早期に十分蒸発することとなり、前記センサ素子が、余剰水分の付着するような高湿度環境に対応して、正常な状態に早期に復帰できる。よって、前記ヒータ層への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。【００３１】
さらに本発明のガス検知方法における別の一態様によれば、以下の効果を得ることができる。
前記ガス検知層に残った水分を検知するステップが、前記所定の通電時間内における前記ヒータ層の温度が所定の時間に前記ヒータ層の温度を測定するステップと、前記測定したヒータ層の温度と前記ヒータ層の加熱目標温度との比である温度応答性が、所定の割合以下である場合に、前記ガス検知層に残った水分を検知するステップとを含む。
さらに、前記ヒータ層の温度を測定するステップは、前記所定の時間内に前記ヒータ層の抵抗値を測定するステップと、測定した前記ヒータ層の抵抗値、並びに予め求めておいた前記ヒータ層の抵抗温度係数、基準温度、および前記基準温度における前記ヒータ層の抵抗値から前記ヒータ層の温度を算出するステップとを含むと好ましい。
そのため、前記センサ素子は、前記ヒータ層の温度や抵抗値を測定するというシンプルな方法によって、早期かつ確実に余剰水分を検知して余剰水分を除去することができるとともに、前記ヒータ層への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態における薄膜ガスセンサの概略を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるガス検知装置のブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態において、ヒータ層に間欠的に印加する電圧を表すグラフを示した図である。
【図４】薄膜ガスセンサを外部から加熱する温度とヒータ層の抵抗値との関係を表すグラフを示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるガス検知のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態におけるガス検知のフローチャートを示す図である。
【図７】実施例１において、ヒータ層に通電する時間とヒータ層の温度との関係を表すグラフを示した図である。
【図８】実施例１において、ヒータ層に通電する時間と薄膜ガスセンサの抵抗値との関係を表すグラフを示した図である。
【図９】比較例において、ヒータ層に通電する時間とヒータ層の温度との関係を表すグラフを示した図である。
【図１０】比較例において、ヒータ層に通電する時間とヒータ層の温度応答性との関係を表すグラフを示した図である。
【図１１】比較例において、ヒータ層に通電する時間と薄膜ガスセンサの抵抗値との関係を表すグラフを示した図である。
【図１２】本発明の第３実施形態におけるガス検知のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態におけるガス検知装置およびガス検知方法について以下に説明する。図１は、本発明の第１実施形態のガス検知装置およびガス検知方法において用いられるセンサ素子である薄膜ガスセンサ１の概略を示す断面図である。薄膜ガスセンサ１は、図１に示すように、Ｓｉ基板２と、熱絶縁支持層３と、ヒータ層４と、電気絶縁層５と、ガス検知層６とを備えている。Ｓｉ基板２には、貫通孔２ａが設けられている。熱絶縁支持層３は、熱酸化ＳｉＯ２層３ａと、ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層３ｂと、ＣＶＤ−ＳｉＯ２層３ｃとを備えている。ガス検知層６は、接合層６ａと、感知層電極６ｂと、感知層６ｃと、選択燃焼層６ｄとを備えている。なお、Ｓｉ基板２はシリコンウェハーから構成され、ヒータ層４はガス検知層６を加熱可能に構成され、ガス検知層６は、例えば、ＣＯ、ＣＨ４、Ｃ３Ｈ８、ＣＨ３ＯＨなどに対して選択的に感応した場合に電気的特性が変化するように、構成されている。
【００３４】
このような薄膜ガスセンサ１の製造方法の一例を説明する。Ｓｉ基板２の表面および裏面に、熱酸化ＳｉＯ２層３ａを形成する。次に、熱酸化ＳｉＯ２層３ａ上に、ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層３ｂと、ＣＶＤ−ＳｉＯ２層３ｃとを順次プラズマＣＶＤ法により形成する。
【００３５】
さらに、ヒータ層４と、ＳｉＯ２から成る電気絶縁層５とを順次スパッタ法により形成する。次に、ガス検知層６を形成するため、電気絶縁層５の上に、接合層６ａと、感知層電極６ｂと、ＳｂをドープしたＳｎＯ２から成る感知層６ｃとを順次スパッタ法により形成する。第１実施形態では一例として、スパッタ法による成膜には、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置が用いられると好ましい。成膜条件については、例えば、ＴａまたはＴｉから成る接合層６ａと、ＰｔまたはＡｕから成る感知層電極６ｂとの場合では、Ａｒガス圧力を１Ｐａとし、基板温度を３００℃とし、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ２とし、接合層６ａと感知層電極６ｂとの厚さをそれぞれ５００Åと２０００Åとすると好ましい。
【００３６】
感知層６ｃを十分に覆うように、選択燃焼層６ｄをスクリーン印刷法により塗布し、その後、５００℃の温度下で１時間以上焼成を行なう。選択燃焼層６ｄは、Ａｌ２Ｏ３にＰｄを触媒として担持した焼結材から構成されている。次に、Ｓｉ基板２の裏面からエッチングによりシリコンを除去し、貫通孔２ａを形成する。なお、ここで説明した薄膜ガスセンサ１の製造方法は、一例であり、その他の製造方法を用いることも可能である。
【００３７】
薄膜ガスセンサ１を備えるガス検知装置の構成を説明する。図２は、本発明の第１実施形態におけるガス検知装置の構成の概略を示すブロック図である。図２を参照すると、ガス検知装置には、マイコン制御回路７が設けられており、マイコン制御回路７は、ガス検知装置の全体を制御するように構成されている。ガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のヒータ層４に接続されたヒータ制御回路８が設けられ、このヒータ制御回路８はマイコン制御回路７に接続されている。ガス検知装置には、マイコン制御回路７およびヒータ制御回路８に接続された電源回路９が設けられており、ガス検知装置は電源回路９によって動作するように構成されている。電源回路９の一例としては、乾電池や充電池などの消耗電池が用いられるとよい。電源回路９の他の例としては、商用電源および定電圧回路により構成されてもよい。
【００３８】
ヒータ制御回路８においては、電源回路９から供給される電圧が、薄膜ガスセンサ１全体を駆動するためのセンサ電圧とヒータ層４を加熱するためのヒータ電圧とに変換するように構成されている。図３に示すように、時間ｔとヒータ層４に印加する電圧Ｖとの関係については、マイコン制御回路７に含まれるヒータ制御部７ａは、ヒータ層４の温度を上げてガス検知層６を加熱するように、時間ｔ１の周期で、時間ｔ２の間ヒータ層４に電圧Ｖ１を印加して通電することを繰り返するように構成されており、ヒータ層４には間欠的に通電がされることとなる。一例として、時間ｔ１を６０ｓ〜１５０ｓとし、時間ｔ２を５０ｍｓ〜５００ｍｓとすることが考えられる。
【００３９】
再び図２を参照すると、ガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のヒータ層４に接続された結露検知回路１０が設けられ、この結露検知回路１０はマイコン制御回路７に接続され、薄膜ガスセンサ１、特にガス検知層６が結露した場合、結露はマイコン制御回路７に含まれる結露検知部７ｂによって検知される構成となっている。ここでは一例として、結露検知回路１０がヒータ層４に接続されたシャント抵抗（図示せず）を備えており、結露検知部７ｂがシャント抵抗の両端電圧を測定するように構成されている。結露検知回路１０には、シャント抵抗の両端電圧に関するアナログ信号をデジタル信号に変換して結露検知部７ｂに送るために、Ａ／Ｄ変換回路（図示せず）が設けられている。マイコン制御回路７において、結露検知部７ｂからヒータ制御部７ａに結露を検知したことを伝えることができるように構成されている。
【００４０】
ここで、結露検知回路１０により測定されたヒータ抵抗の抵抗値をＲとした場合、ヒータ層４について基準となる温度を基準温度Ｔ０（℃）とし、基準温度Ｔ０におけるヒータ抵抗の基準抵抗値Ｒ０（Ω）とし、ヒータ層４の抵抗温度係数をα（１／℃）とすると、ヒータ層４の温度Ｔ（℃）は、
Ｔ＝（Ｒ／Ｒ０−１）／α＋Ｔ０  ・・・（１）  
によって算出される。抵抗温度係数α、基準温度Ｔ０における基準抵抗値Ｒ０は、予め求めた数値である。
【００４１】
抵抗温度係数αを予め求める方法として、薄膜ガスセンサ１を高温炉に入れ、高温炉の温度を上昇させて、ヒータ層４の抵抗値の変化を測定する。このとき、測定した抵抗値と温度との関係を図４のグラフに示す。図４に示すように、複数のヒータ層４のサンプルに関して、約０℃〜約５００℃の温度範囲でヒータ層４の抵抗値はそれぞれ線形的に変化している。これら複数のヒータ層４のサンプルにおける傾きの平均を抵抗温度係数αとする。また、基準温度Ｔ０における基準抵抗値Ｒ０は、図４のグラフから予め読み取る。
【００４２】
例えば、抵抗温度係数αおよび基準抵抗値Ｒ０は、１枚のシリコンウェハーを用いて作製される複数の薄膜センサ１においては、各薄膜センサ１間のバラツキが少ないので、同様の数値を用いてもよい。さらに、抵抗温度係数αおよび基準抵抗値Ｒ０は、薄膜センサ１の製造ロット毎に、同様の数値を用いてもよい。
【００４３】
結露検知部７ｂは、ヒータ層４に通電する時間ｔ１内に一定となった温度Ｔを測定し、この温度Ｔが結露検知温度Ｔ１以下となった場合に、ガス検知層６の結露を検知して、結露を検知したことをヒータ制御部７ａに伝えるように構成されている。一例として、結露検知温度Ｔ１は、ヒータ層４を加熱する目標温度である加熱目標温度Ｔ２を４００℃〜５００℃の範囲とした場合において、誤差などを考慮してＴ２に対して−５℃〜０℃の範囲とすることが考えられる。
【００４４】
再び図２を参照すると、ガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のガス検知層６に接続されたガス検知回路１１が設けられている。ガス検知回路１１は、マイコン制御回路７に含まれる都市ガス検知部７ｃとＣＯガス検知部７ｄとにそれぞれ接続されている。都市ガス検知部７ｃは、ガス検知層６の電気的特性に基づいて、例えば、都市ガスに含まれるＣＨ４（メタンガス）などを検知可能に構成されている。ＣＯガス検知部７ｄもまた、ガス検知層６の電気的特性に基づいて、ＣＯ（一酸化炭素）を検知可能に構成されている。ガス検知層６によりガスが検知された場合、ガス検知層６から発せられる信号はアナログ信号となっている。そのため、ガス検知回路１１には、このアナログ信号をデジタル信号に変換して、都市ガス検知部７ｃおよびＣＯガス検知部７ｄに送るために、Ａ／Ｄ変換回路（図示せず）が設けられている。
【００４５】
ガス検知装置には、ガスを検知した場合に視覚的に警報を表示するための警報表示回路１２が設けられており、警報表示回路１２は、ランプなどの警報表示部（図示せず）を備えている。この警報表示回路１２は、マイコン制御回路７に含まれる表示制御部７ｅに接続されている。ガス検知装置には、ガスを検知した場合に聴覚的に警報を出力するための警報音出力回路１３が設けられており、警報音出力回路１３は、スピーカなどの警報を音声として出力する警報音出力部（図示せず）を備えている。この警報音出力回路１３は、マイコン制御回路７に含まれる警報音制御部７ｆに接続されている。
【００４６】
ガス検知装置には、ガスを検知した場合に電気的な外部出力をするための外部出力回路１４が設けられており、外部出力回路１４は、外部の機器に信号などの電気的な外部出力を送ることができるように構成されている。この外部出力回路１４は、マイコン制御回路７に含まれる外部出力制御部７ｇに接続されている。さらに、ガス検知装置には、マイコン制御回路７に接続された外部記憶回路１５が設けられている。この外部記憶回路１５には、結露の水分除去およびガス検知に用いられる閾値および設定値、並びに、ガスを検知して警報を発したときのデータなどの履歴を記憶可能に構成されている。
【００４７】
なお、マイコン制御回路７は、マイクロコンピュータなどのＣＰＵおよびその周辺回路によって構成されている。ヒータ制御部７ａと、結露検知部７ｂと、都市ガス検知手段７ｃと、ＣＯガス検知部７ｄと、表示制御部７ｅと、警報音制御部７ｆと、外部出力制御部７ｇとは、ハードウェアまたはソフトウェアによって構成されている。
【００４８】
本発明の第１実施形態におけるガス検知方法を、図５を参照して説明する。
図５に示すフローチャートのように、ガス検知層６を加熱するように時間ｔ２の間ヒータ層４に電圧を印加して通電し（Ｓ１）、このような通電状態で、ヒータ層４の抵抗値Ｒを測定して、式（１）によりヒータ層４の温度Ｔを計算により測定する（Ｓ２）。次に、ヒータ層４の温度Ｔが結露検知温度Ｔ１以下であるか否かを判断する（Ｓ３）。温度Ｔが結露検知温度Ｔ１より大きい場合、異常なしと判断して（Ｓ４）、再びヒータ層４に時間ｔ２の間、電圧を印加して通電する（Ｓ１）。一方で、ヒータ層４温度Ｔが結露検知温度Ｔ１以下であった場合、ガス検知層６が結露したと判断して（Ｓ５）、ヒータ層４に通電をする時間を長くして時間ｔ２’（＞ｔ２）とし（Ｓ６）、時間ｔ２’の間ヒータ層４に通電した状態で、ヒータ層４の抵抗値Ｒを測定して、ヒータ層４の温度Ｔを計算により測定する（Ｓ２）。
【００４９】
以上のように本発明の第１実施形態によれば、結露を検知した場合に、ヒータ層４に電圧を印加して通電する通電時間ｔ２を長くするので、一定時間内において、ヒータ層４への通電時間が結露検知前よりも増加することによって、ガス検知層６を加熱する時間が増加する。従って、薄膜ガスセンサ１に結露により付着した水分が早期に十分蒸発することとなり、薄膜ガスセンサ１が、結露した状態から正常な状態に早期に復帰できる。よって、ヒータ層４への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。
【００５０】
本発明の第１実施形態によれば、ヒータ層４の抵抗値Ｒを測定して、かつヒータ層４の温度Ｔを測定することによって、結露の検知を行なうので、結露を検知するための結露センサや温度センサなどが不要となり、薄膜ガスセンサ１およびガス検知装置は、部品点数増加により大型化することなく設置し易いコンパクトな構造を維持しながら、ヒータ層４への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図り、かつ誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。
【００５１】
本発明の第１実施形態によれば、薄膜ガスセンサ１は、ヒータ層４の温度や抵抗値を測定するというシンプルな方法によって、早期かつ確実に結露を検知して結露を除去することができるとともに、ヒータ層４への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。
【００５２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態のガス検知装置およびガス検知方法について以下に説明する。第２実施形態のガス検知装置およびガス検知方法の基本的な構成は、第１実施形態のガス検知装置の構成と同様になっている。第１実施形態と同様な要素は、第１実施形態と同様の符号および名称を用いて説明する。ここでは、第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００５３】
再び図２を参照すると、結露検知部７ｂは、ヒータ層４に通電する時間ｔ１内で、所定の時間ｔ３（０＜ｔ３＜ｔ１）におけるヒータ層４の温度Ｔを測定する。このヒータ層４の温度Ｔとヒータ層４の加熱目標温度Ｔ２との比である温度応答性Ａ（＝Ｔ／Ｔ２）が、結露検知温度応答性Ａ１以下である場合に、ガス検知層６の結露を検知して、結露を検知したことをヒータ制御部７ａに伝えるように構成されている。一例として、ヒータ層４に通電する周期の時間ｔ１を６０ｓ〜１５０ｓとし、ヒータ層４に通電する時間ｔ２を５０ｍｓ〜５００ｍｓとした場合に、温度応答性Ａを測定する時間ｔ３を時間ｔ２の中間の値とし、ヒータ層４の温度上昇中の過渡状態にあるヒータ層４の温度応答性Ａを測定することが考えられ、さらに、加熱目標温度Ｔ２を４００℃〜５００℃の範囲として、結露検知温度応答性Ａ１については誤差などを考慮して９５％〜１００％とすることが考えられる。
【００５４】
本発明の第２実施形態におけるガス検知方法を、図６を参照して説明する。
図６に示すフローチャートのように、ガス検知層６を加熱するように時間ｔ２の間ヒータ層４に電圧を印加して通電し（Ｓ１１）、このような通電状態で、ヒータ層４の抵抗値Ｒを測定して、式（１）によりヒータ層４の温度Ｔを計算により測定し、この温度Ｔと加熱目標温度Ｔ２との比である温度応答性Ａを計算により測定する（Ｓ１２）。次に、この温度応答性Ａが結露検知温度応答性Ａ１以下であるか否かを判断する（Ｓ１３）。温度応答性Ａが結露検知温度応答性Ａ１より大きい場合、異常なしと判断して（Ｓ１４）、再びヒータ層４に時間ｔ２の間、電圧を印加して通電する（Ｓ１１）。一方で、温度応答性Ａが結露検知温度応答性Ａ１以下であった場合、ガス検知層６が結露したと判断して（Ｓ１５）、ヒータ層４に通電をする時間を長くして時間ｔ２’（＞ｔ２）とし（Ｓ１６）、時間ｔ２’の間ヒータ層４に通電した状態で、ヒータ層４の抵抗値Ｒを測定して、ヒータ層４の温度Ｔを計算により測定し、この温度Ｔと加熱目標温度Ｔ２との比である温度応答性Ａを計算により測定する（Ｓ１２）。
【００５５】
以上のように本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態のガス検知装置およびガス検知方法について以下に説明する。第３実施形態のガス検知装置およびガス検知方法の基本的な構成は、第１実施形態のガス検知装置の構成と同様になっている。第１実施形態と同様な要素は、第１実施形態と同様の符号および名称を用いて説明する。ここでは、第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００５７】
図１に示された感知層６ｃが、多孔質構造または柱状構造に構成されており、感知層６ｃの比表面積が増加し、感知層６ｃと検知対象のガスとの接触面積が増加している。また、選択燃焼層６ｄでは、貴金属触媒（例えば、Ｐｄ）が、非検知対象のガスを効率よく燃焼除去するために、担体として多孔質体のγ−Ａｌ２Ｏ３などを用いて担持されており、この多孔質体には、数ｎｍ〜数μｍの直径を有する多数の細孔が設けられている。このような細孔には、下記の式（２）に基づく毛管凝縮によって水が吸着されることとなる。なお、式（２）は「Ｋｅｌｖｉｎの式」であり、式（２）では、毛管の半径をｒｋ（ｍ）とし、表面張力をγ（Ｎ／ｍ）とし、液体（吸着する水）の分子量をＭ（ｍｏｌ）とし、毛管壁と液体との接触角度をθ（度）とし、液体の比重をρ（ｋｇ／ｍ３）とし、気体定数をＲｇａｓ（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）とし、絶対温度をＴａ（Ｋ）とし、蒸気圧と飽和蒸気圧との相対圧をＰ／Ｐ０とする。
【００５８】
【数１】
2012105639.tif 000003
【００５９】
また、図２に示された結露検知部７ｂの代わりに水分検知部が設けられている。水分検知部は、ヒータ層４に通電する時間ｔ１内に一定となった温度Ｔを測定し、この温度Ｔが高湿度検知温度Ｔ３以下となった場合に、ガス検知層６が、通常の駆動状態よりも高湿度な環境にあることを検知して、高湿度環境を検知したことをヒータ制御部７ａに伝えるように構成されている。一例として、高湿度検知温度Ｔ３は、ヒータ層４を加熱する目標温度である加熱目標温度Ｔ４を４００℃〜５００℃の範囲とした場合において、誤差などを考慮してＴ４に対して−１５℃〜０℃の範囲とすることが考えられる。
【００６０】
さらに、結露検知回路１０の代わりに水分検知回路が設けられている。この水分検知回路の基本的な構成は、結露検知回路１０と同様になっており、水分検知回路におけるヒータ層４の温度Ｔ（℃）の算出方法もまた、結露検知回路１０と同様になっている。水分検知回路は、マイコン制御回路７において、水分検知部からヒータ制御部７ａに高湿度環境を検知したことを伝えることができるように構成されている。
【００６１】
ここで、通常の駆動環境においては、ヒータ層４に通電していない時（以下、「ヒータ・オフ時」という）には選択燃焼層６ｄの細孔に水が吸着し、ヒータ層４に通電している時（以下、「ヒータ・オン時」という）には選択燃焼層６ｄの細孔に吸着した水が離脱して、この離脱した水は蒸発により除去される。そのため、このような吸着した水が、薄膜ガスセンサ１の特性に影響を及ぼさない。しかしながら、高湿度環境においては、ヒータ・オフ時に選択燃焼層６ｄの細孔に吸着する水の量が増加し、ヒータ・オン時に選択燃焼層６ｄの細孔から離脱する水が、蒸発により十分に除去されずに残って、このようなヒータ・オフ時の動作とヒータ・オン時の動作との繰り返しによって、この残った水分（以下、「余剰水分」という）が蓄積することとなる。
【００６２】
本発明の第３実施形態におけるガス検知方法を、図１２を参照して説明する。
図１２に示すフローチャートのように、ガス検知層６を加熱するように時間ｔ２の間ヒータ層４に電圧を印加して通電し（Ｓ２１）、このような通電状態で、ヒータ層４の抵抗値Ｒを測定して、式（１）によりヒータ層４の温度Ｔを計算により測定し、この温度Ｔと加熱目標温度Ｔ４との比である温度応答性Ａを計算により測定する（Ｓ２２）。次に、この温度応答性Ａが高湿度検知温度応答性Ａ２以下であるか否かを判断する（Ｓ２３）。温度応答性Ａが高湿度検知温度応答性Ａ２より大きい場合、選択燃焼層６ｄの細孔に吸着していた水が蒸発により除去され、異常なし（通常の駆動環境）と判断して（Ｓ２４）、再びヒータ層４に時間ｔ２の間、電圧を印加して通電する（Ｓ２１）。一方で、温度応答性Ａが高湿度検知温度応答性Ａ２以下であった場合、選択燃焼層６ｄの細孔に吸着していた水が蒸発により十分に除去されておらず、余剰水分が存在し、高湿度環境であると判断して（Ｓ２５）、ヒータ層４に通電をする時間を長くして時間ｔ２’（＞ｔ２）とし（Ｓ２６）、時間ｔ２’の間ヒータ層４に通電した状態で、ヒータ層４の抵抗値Ｒを測定して、ヒータ層４の温度Ｔを計算により測定し、この温度Ｔと加熱目標温度Ｔ４との比である温度応答性Ａを計算により測定する（Ｓ２２）。
【００６３】
以上のように本発明の第３実施形態によれば、高湿度環境下のようにヒータ層４による加熱後にガス検知層６の余剰水分を検知した場合に、ヒータ層４に電圧を印加して通電する通電時間ｔ２を長くするので、一定時間内において、ヒータ層４への通電時間が、余剰水分検知前よりも増加することによって、ガス検知層６を加熱する時間が増加する。従って、薄膜ガスセンサ１に付着した余剰水分が早期に十分蒸発することとなり、薄膜ガスセンサ１が、余剰水分の付着するような高湿度環境に対応して、正常な状態に早期に復帰できる。よって、ヒータ層４への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。
【００６４】
本発明の第３実施形態によれば、ヒータ層４の抵抗値Ｒを測定して、かつヒータ層４の温度Ｔを測定することによって、余剰水分の検知を行なうので、余剰水分を検知するための水分センサや温度センサなどが不要となり、薄膜ガスセンサ１およびガス検知装置は、部品点数増加により大型化することなく設置し易いコンパクトな構造を維持しながら、ヒータ層４への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図り、かつ誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。
【００６５】
本発明の第３実施形態によれば、薄膜ガスセンサ１は、ヒータ層４の温度や抵抗値を測定するというシンプルな方法によって、早期かつ確実に余剰水分を検知して余剰水分を除去することができるとともに、ヒータ層４への電圧印加を間欠的なものとして低消費電力化を図りながら、誤検知を防止して、ガス検知の精度を高めることができる。
【００６６】
ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【００６７】
例えば、本発明の実施形態における変形例として、第１実施形態および第２実施形態において、結露を検知した場合に、ヒータ層４に通電する時間ｔ２を時間ｔ２’に長くする代わりに、ヒータ層４に通電する周期の時間ｔ１を短くして時間ｔ１’（＜ｔ１）としてもよい。本発明の第１実施形態および第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
［実施例１］
本発明の第１実施形態および第２実施形態のガス検知装置およびガス検知方法について、実施例１を説明する。
結露を検知前の状態において、ヒータ層４に通電する周期の時間ｔ１を６０ｓ（秒）とし、薄膜ガスセンサ１のヒータ層４に通電する時間ｔ２を１００ｍｓとし、結露検知温度Ｔ１を３９５℃とし、加熱目標温度Ｔ２を４００℃とする。結露を検知した場合においてヒータ層４に通電する時間ｔ２’を１０ｓとする。なお、結露を検知する手段および方法は、第１実施形態および第２実施形態における手段および方法のいずれでもよい。
【００６９】
実施例１におけるヒータ層４に通電する時間とヒータ層４の温度との関係を、図７を参照しながら説明する。結露発生直後におけるヒータ層４の温度Ｔは、一点鎖線Ｂ１で示すように、結露発生状態で通電を開始してから２０ｍｓ以降において１００℃付近で一定となっている。しかしながら、ヒータ層４に時間ｔ２’通電した直後におけるヒータ層４の温度Ｔは、点線Ｃ１で示すように４００℃付近に復帰しており、実線Ｄ１で示した結露の発生していない通常状態と同様になっている。これは、結露した水分が蒸発したことによるものと考えられる。
【００７０】
実施例１におけるヒータ層４に通電する時間と薄膜ガスセンサ１の抵抗値Ｗとの関係を、図８を参照しながら説明する。結露発生直後における薄膜ガスセンサ１の抵抗値Ｗは、一点鎖線Ｂ２で示すように、結露発生状態で通電を開始してから２０ｍｓ以降において、１Ｅ＋３Ω（１×１０３Ω）付近で一定となっている。しかしながら、ヒータ層４に時間ｔ２’通電した直後における薄膜ガスセンサ１の抵抗値Ｗは、点線Ｃ２で示すように１Ｅ＋５Ω〜１Ｅ＋６Ω（１×１０５Ω〜１×１０６Ω）の間の値に復帰しており、実線Ｄ２で示した結露の発生していない通常状態と同様になっている。
【００７１】
［実施例２］
本発明の第１実施形態および第２実施形態におけるガス検知装置およびガス検知方法の実施例２を説明する。
結露を検知前の状態において、ヒータ層４に通電する周期の時間ｔ１を６０ｓ（秒）とし、薄膜ガスセンサ１のヒータ層４に通電する時間ｔ２を１００ｍｓとし、結露検知温度Ｔ１を３９５℃とし、加熱目標温度Ｔ２を４００℃とする。結露を検知した場合においてヒータ層４に通電する周期の時間ｔ１’を１ｓとする。なお、結露を検知する手段および方法は、第１実施形態および第２実施形態における手段および方法のいずれでもよい。このようなガス検知装置およびガス検知方法において、時間ｔ１’を１ｓとした周期による通電を４０ｓ間繰り返した後に、実施例１と同様の結果が得られることとなった。
【００７２】
［比較例］
ガス検知装置およびガス検知方法の比較例を説明する。
比較例においては、常に、薄膜ガスセンサ１のヒータ層４に通電する時間ｔ２を１００ｍｓとし、駆動周期ｔ１を６０ｓとする。
【００７３】
比較例におけるヒータ層４に通電する時間とヒータ層４の温度との関係を、図９を参照しながら説明する。結露発生直後におけるヒータ層４の温度Ｔは、一点鎖線Ｅ１で示すように、結露発生状態で通電を開始してから２０ｍｓ以降において１００℃付近で一定となっている。結露発生後３０ｍｉｎ（分）経過時におけるヒータ層４の温度Ｔは、破線Ｆ１で示すように、結露発生直後と同様になっている。この要因は、ヒータ層４の熱が結露した水分の蒸発に費やされていることによると考えられる。結露発生後３５ｍｉｎ経過時におけるヒータ層４の温度Ｔは、二点鎖線Ｇ１で示すように、通電を開始してから５０ｍｓでも、結露の発生していない通常状態のように４００℃付近に上昇していない。結露発生後４０ｍｉｎ経過時におけるヒータ層４の温度Ｔは、点線Ｈ１で示すように、通電を開始してから５０ｍｓで、４００℃付近に復帰しており、実線Ｉ１で示した結露の発生していない通常状態と同様になっている。これは、結露した水分が蒸発したことによるものと考えられる。
【００７４】
比較例におけるヒータ層４に通電する時間とヒータ層４の温度応答性Ａとの関係もまた、図１０に示すように、ヒータ層４に通電する時間とヒータ層４の温度との関係と同様になっている。図１０においては、結露発生直後の状態を一点鎖線Ｅ２で示し、結露発生後３０ｍｉｎ経過時の状態を破線Ｆ２で示し、結露発生後３５ｍｉｎ経過時の状態を二点鎖線Ｇ２で示し、結露発生後４０ｍｉｎ経過時の状態を点線Ｈ２で示し、結露の発生していない通常状態を実線Ｉ２で示す。
【００７５】
比較例におけるヒータ層４に通電する時間と薄膜ガスセンサ１の抵抗値Ｗとの関係を、図１１を参照しながら説明する。
結露発生直後における薄膜ガスセンサ１の抵抗値Ｗは、一点鎖線Ｅ３で示すように、結露発生状態で通電を開始してから２０ｍｓ以降において、ガス検知抵抗値Ｗ１以下の範囲で、１Ｅ＋３Ω（１×１０３Ω）付近で一定となっている。結露発生後３０ｍｉｎ経過時における薄膜ガスセンサ１の抵抗値Ｗは、破線Ｆ３で示すように、結露発生直後と同様になっている。結露発生後３５ｍｉｎ経過時における薄膜ガスセンサ１の抵抗値Ｗは、二点鎖線Ｇ３で示すように、１Ｅ＋４Ω〜１Ｅ＋５Ω（１×１０４Ω〜１×１０５Ω）となっており、ガス漏れ警報の閾値であるガス検知抵抗値Ｗ１に近い値となっている。結露発生後４０ｍｉｎ経過時における薄膜ガスセンサ１の抵抗値Ｗは、点線Ｈ３で示すように、１Ｅ＋５Ω〜１Ｅ＋６Ω（１×１０５Ω〜１×１０６Ω）の間の値に復帰しており、実線Ｉ３で示した結露の発生していない通常状態と同様になっている。
【００７６】
以上のように、実施例１、実施例２および比較例を対比すると、実施例１および実施例２においては、結露が短時間で蒸発するため、ガス検知層６の抵抗値Ｗが比較例のようにガス漏れの警報の閾値であるガス検知抵抗値Ｗ１に近い値で検出され難くなっている。よって、ガス漏れの誤警報を発し難くなっている。
【符号の説明】
【００７７】
１  薄膜ガスセンサ
４  ヒータ層
６  ガス検知層
７ａ  ヒータ制御部
７ｂ  結露検知部
７ｃ  都市ガス検知部
７ｄ  ＣＯガス検知部
ｔ，ｔ１，ｔ１’，ｔ２，ｔ２’，ｔ３  時間
Ｖ，Ｖ１  電圧
Ｔ  温度
Ｔ０  基準温度
Ｔ１  結露検知温度
Ｔ２，Ｔ４  加熱目標温度
Ｔ３  高湿度検知温度
Ｒ  抵抗値
Ｒ０  基準抵抗値
Ｗ  抵抗値
Ｗ１  ガス検知抵抗値
Ａ  温度応答性
Ａ１  結露検知温度応答性
Ａ２  高湿度検知温度応答性
α  抵抗温度係数
ｒｋ  毛管の半径
γ  表面張力
Ｍ  液体（吸着する水）の分子量
θ  毛管壁と液体との接触角度
ρ  液体（吸着する水）の比重
Ｒｇａｓ  気体定数
Ｔａ  絶対温度
Ｐ／Ｐ０  蒸気圧と飽和蒸気圧との相対圧
Ｂ１，Ｂ２  一点鎖線
Ｃ１，Ｃ２  点線
Ｄ１，Ｄ２  実線
Ｅ１〜Ｅ３  一点鎖線
Ｆ１〜Ｆ３  破線
Ｇ１〜Ｇ３  二点鎖線
Ｈ１〜Ｈ３  点線
Ｉ１〜Ｉ３  実線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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