(57)【要約】【課題】消費電力が少なく熱絶縁性・熱衝撃に優れた耐久性を有するガス検知素子を提供する。【解決手段】ガス感応部１１および加熱手段を設けた被支持基板部１０が、複数の架橋部２０によって支持基板部３０に支持してあるガス検知素子Ｘであって、１つの架橋部２０では、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とを、異なる方向に設定してある。【選択図】図２
2014041164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が、複数の架橋部によって支持基板部に支持してあるガス検知素子であって、
前記架橋部に少なくとも一つの曲り部を形成してあるガス検知素子。
【請求項２】
前記被支持基板部に対する前記架橋部の延出方向と、前記支持基板部に対する前記架橋部の延出方向とを、異なる方向に設定してある請求項１に記載のガス検知素子。
【請求項３】
前記曲り部を屈曲した屈曲部で形成してある請求項１又は２に記載のガス検知素子。
【請求項４】
前記被支持基板部が上面視で矩形状であり、前記架橋部のうち前記被支持基板部からの延出方向を、前記被支持基板部の対角線の方向に一致させてある請求項１〜３の何れか一項に記載のガス検知素子。
【請求項５】
前記架橋部が有する幅のうち、前記支持基板部近傍の幅を前記被支持基板部近傍の幅に対して広く設定してある請求項１〜４の何れか一項に記載のガス検知素子。
【請求項６】
前記加熱手段・前記被支持基板部・前記架橋部をＭＥＭＳ技術により形成してある請求項１〜５の何れか一項に記載のガス検知素子。
【請求項７】
前記架橋部の少なくとも一部を、前記被支持基板部が配設してある平面と異なる平面上に配設してある請求項１〜６の何れか一項に記載のガス検知素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が、複数の架橋部によって支持基板部に支持してあるガス検知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結体のガス感応部を持つガス検知素子は、半導体式・接触燃焼式・固体電解質などが公知である。これらは、通常、ガス感応部を３００℃〜７００℃に維持した状態でガス検知を行うため、その消費電力は数百ｍＷ以上必要であった。
【０００３】
近年、電池でガスセンサを長期間駆動するという要望が高まっている。電池代を抑えると共に電池の交換の頻度をできるだけ少なくするには、ガスセンサの消費電力を低下させるのが望ましい。
微細加工が可能なＭＥＭＳ（Micro  Electro Mechanical System）技術を利用すれば、微小な部材を加工でき、小型化されて消費電力の低いガス検知素子を製造することができる。この小型化したガス検知素子をパルス駆動して間欠的にガス検知することで、平均消費電力をさらに低下させることができる。ＭＥＭＳ技術を利用することでガス検知素子を大量生産できるため、ガス検知素子のコストダウンを実現できる。
【０００４】
しかし、このようなガス検知素子の実用化には、耐熱衝撃性・耐久性などの特性を向上させることが必要である。
ＭＥＭＳ技術によって作製された被支持基板部を有するガス検知素子としては、サスペンド型（吊橋型）やクローズド型等が公知である。
例えばサスペンド型のガス検知素子としては特許文献１に示されるものがある。このタイプの素子は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が複数の架橋部によって支持基板部に支持してあり、熱絶縁に優れる。
【０００５】
このガス検知素子に対して、室温と駆動温度（例えば５００℃）とに亘って熱サイクルを作用させると、ガス検知素子には熱衝撃が繰返し与えられることになる。この熱衝撃は、ガス検知素子を構成する部材の熱劣化の原因となる。
例えば、架橋部を経由してヒータ電力が加熱手段に供給され、ガス感応部が加熱・冷却されると、被支持基板部および架橋部が膨張・収縮する。このような膨張・収縮に基づく熱応力は、加熱手段の近傍である架橋部と被支持基板部の境界部付近に集中し易い。特にガス感応部が厚膜である場合に著しい。これは以下の理由による。
【０００６】
通常、被支持基板部および架橋部の厚さが約１〜２μｍであるのに対し、ガス感応部の厚さは約１０μｍ以上であり、ガス感応部の厚さは被支持基板部および架橋部の厚さに比べて大きい。このため、ガス感応部の温度変化が、ガス感応部近傍にある被支持基板部および架橋部の膨張・収縮に大きく影響し、被支持基板部および架橋部には大きな熱応力が及ぶ。熱衝撃を繰り返すことにより被支持基板部および架橋部は熱劣化により脆弱化し、これらの境界部付近で破損し易くなる。
【０００７】
特許文献１に記載のガス検知素子では、相対する一対の架橋部を、被支持基板部の幅に相当する間隔で平行に配置するように構成してある。これにより、加熱時に架橋部が膨脹したとしても、被支持基板部が回転することで、相対する架橋部は互いに膨張することができる。この結果、架橋部の長手方向に沿った内部応力の発生を押さえることができ、上述したような境界部付近での熱劣化による破損を回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】２００７−１３２８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
長期間に亘って使用される家庭用警報器では、およそ５００万回以上ものパルス駆動による熱衝撃に耐える必要があるとされる。
【００１０】
特許文献１に記載のガス検知素子が加熱されると、相対する架橋部が互いに膨張する際に、被支持基板部が回転し、架橋部方向に発生する熱応力の集中が緩和される。しかし、被支持基板部および架橋部の境界部付近には加熱・冷却の度に当該回転に伴う曲げ力が発生する。そのため、長期間に亘って熱サイクルが与えられると、やはり当該境界部付近で破損し易くなる。
【００１１】
従って、本発明の目的は、消費電力が少なく熱絶縁性・熱衝撃に優れた耐久性を有するガス検知素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係るガス検知素子の第一特徴構成は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が、複数の架橋部によって支持基板部に支持してあり、前記架橋部に少なくとも一つの曲り部を形成した点にある。
【００１３】
本構成では、架橋部の中間の何れかの位置に曲り部として、角度を持って折れ曲がった屈曲部やカーブした曲線状の曲線部を形成することになる。このことによって、例えば、架橋部と被支持基板部との接続部近傍に発生する応力集中を緩和する効果が得られる。
本構成では、一つの架橋部の全体が直線形状とはならないように構成してある。こうすることで、被支持基板部と支持基板部との間を直線状の架橋部で連結した場合に比べて、架橋部を長く形成することができる。
この結果、被支持基板部で生じた加熱手段の熱が支持基板部に伝達し難くなる。このように、熱伝導度を低下させることで、被支持基板部に設けたガス感応部からの熱拡散を低減することができる。
このことは、さらに、ガス検知素子をパルス駆動する際にガス検知素子に加える入熱量を少なくでき、結果としてガス検知素子全体に加えるエネルギーの量が低下する。入熱量が低下することで、架橋部等の熱膨張の程度も少なくなり、例えば、架橋部と被支持基板部との境界付近に生じる膨張・収縮が低減化されて熱劣化や破損が生じるのを抑制することができる。
【００１４】
さらに、架橋部等に生じる熱応力は、上記熱膨張に起因するものに限られない。例えば、架橋部および被支持基板部の成膜はスパッタリング法・化学気相成長（ＣＶＤ）法などにより行われる。しかし、これらを成膜したときの厚さが一様でない場合、加熱手段の加熱により種々の方向に熱応力が発生する。しかし、本構成であれば、仮にこのような熱応力が特定の箇所に集中して発生した場合でも、架橋部の形状によって当該応力集中を分散させることができる。
このように、本構成のガス検知素子は、被支持基板部を複数の架橋部によって支持基板部に支持したサスペンド型のガス検知素子であるため熱絶縁性に優れると共に、消費電力を少なくするためにパルス駆動をした場合であっても熱劣化し難く、熱衝撃に対して優れた耐久性を有する。
【００１５】
本発明に係るガス検知素子の第二特徴構成は、前記被支持基板部に対する前記架橋部の延出方向と、前記支持基板部に対する前記架橋部の延出方向とを、異なる方向に設定した点にある。
【００１６】
今、仮に、被支持基板部と支持基板部との間に全体が直線状の架橋部が設けてあるとする。この架橋部が加熱されると架橋部は膨張する。架橋部は被支持基盤部を支持しなければならないため、ある程度の剛性を有する。このため、架橋部の長手方向に沿って生じた伸び変形は、架橋部と被支持基板部との接続部、および、架橋部と支持基板部との接続部に応力集中を発生させる。両部位の温度を比較すると、発熱ヒータに近い、架橋部と被支持基板部との接続部の方が高温となる。この結果、当該部位において永久歪が生じたり、このような応力集中の繰り返しによって、当該接続部において疲労破壊が生じることとなる。
【００１７】
架橋部と被支持基板部との接続状態が、先に挙げた特許文献１のように、対抗する架橋部の方向が並行且つ同一直線状とならないように設定されている場合では、架橋部の膨張によって被支持基板部は支持基板部に対して回転することとなる。この場合、架橋部の剛性にもよるが、当該回転によって生じる被支持基板部の回転角度は、殆ど架橋部と被支持基板部との間の角度変化で負担することになる。よって、この場合には、架橋部と被支持基板部との間で疲労破壊が生じ易い。
【００１８】
しかし、本構成のごとく、一つの前記架橋部では、前記被支持基板部に対する前記架橋部の延出方向と、前記支持基板部に対する前記架橋部の延出方向とを異なる方向に設定すれば、架橋部に発生する伸び変形の方向を、曲がった部位の両側において異なる方向に設定することができる。例えば、架橋部のうち曲がった部位から被支持基板部までの部位を、被支持基板部に固定した腕と考えると、被支持基板部に回転を生じさせるのは、主に架橋部のうち残りの長さの部分に生じた熱膨張分である。この熱膨張分は、架橋部に生じた熱膨張の一部である。よって、腕が出た状態の上記被支持基板部の回転に寄与する熱膨張量は少なくなる。つまり、上記特許文献１の場合と比べて、被支持基板部の中心からより遠い作用点に対して、より少ない回転駆動力が作用することとなり、被支持基板部の回転角度が小さくなる。このように、架橋部に曲り部を設けることで、架橋部に生じる熱膨張が、架橋部と被支持基板部との接続部に及ぼす影響を少なくすることができ、ガス検知素子の耐熱性能を向上させることとなる。
【００１９】
本発明に係るガス検知素子の第三特徴構成は、曲り部を屈曲した屈曲部で形成し点にある。
【００２０】
本構成では、上記第一特徴構成で述べた曲り部をより積極的に屈曲部と限定している。ここでの屈曲部は、例えば、直線状の部位が互いに角度を持ちながら接続されているような、明確に角が現れた部位を有するものを意味する。
このような屈曲部を有する形状であれば、例えば、架橋部および被支持基板部の接続部と、架橋部および支持基板部の接続部との間を、カーブした曲線状の架橋部で連結した場合と比較してより長い経路を設定することができる。この結果、熱伝導度が低下して、ガス検知素子の耐熱性能をさらに向上させることができる。
また、一般にガス検知素子は矩形状の平面形状を持つものが多い。本構成のごとく直線部位の集合で架橋部を構成することで、ガス検知素子の形状設計が容易となる。
【００２１】
本発明に係るガス検知素子の第四特徴構成は、前記被支持基板部が上面視で矩形状であり、前記架橋部のうち前記被支持基板部からの延出方向を、前記被支持基板部の対角線の方向に一致させた点にある。
【００２２】
ガス感応部を作製する際、焼結体ペーストを被支持基板部に塗布すると、ガス感応部の上面視における中央部分では当該ペーストは分厚く塗布されるが、周縁部分では当該ペーストは薄く塗布される。通常、矩形状に形成した被支持基板部の角部では、当該ペーストは最も薄く塗布される。
本構成では、架橋部は、矩形状に形成した被支持基板部の角部から延出するため、当該ペーストは架橋部に移行し難くなる。これにより、所定のガス感度特性を有するガス検知素子を製造できるため、ガス検知素子の製造収率が向上する。
【００２３】
本発明に係るガス検知素子の第五特徴構成は、前記架橋部が有する幅のうち、前記支持基板部近傍の幅を前記被支持基板部近傍の幅に対して広く設定した点にある。
【００２４】
本構成によれば、被支持基板部の熱が架橋部に伝達し難くなると共に、一旦、架橋部に伝わった熱は、支持基板部の側ほど幅広に構成した架橋部を介して支持基板部に拡散し易くなる。
この結果、被支持基板部の熱が架橋部に伝達し難くなることでガス感応部の加熱効率が高まり、ガス感応部に与える入熱量が小さくなるから、ガス検知素子の電力消費量を低減することができる。
一方、一旦、架橋部に伝わった熱は、支持基板部の側ほど幅広となった架橋部によって速やかに支持基板部の側に拡散する。よって、架橋部の冷却効果が高まり、耐熱性能に優れたガス検知素子を得ることができる。
【００２５】
本発明に係るガス検知素子の第六特徴構成は、前記加熱手段・前記被支持基板部・前記架橋部をＭＥＭＳ技術により形成した点にある。
【００２６】
本構成によれば、微細加工が可能なＭＥＭＳ技術を適用するため、極めて小さなガス検知素子の製造が可能となる。これにより、平均消費電力の少ないガス検知素子を得ることができる。
【００２７】
本発明に係るガス検知素子の第七特徴構成は、前記架橋部の少なくとも一部を、前記被支持基板部が配設してある平面と異なる平面上に配設した点にある。
【００２８】
本構成によれば、架橋部の少なくとも一部を三次元的に屈曲させて形成することができる等、架橋部の形状にバリエーションを持たせることができる。この結果、熱伝達性能や応力集中防止等の観点からより自由度の高い素子設計が可能となり、消費電力が低く信頼性の高いガス検知素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のガス検知素子の断面（図２のＩ―Ｉ断面）視概略図である。
【図２】本発明のガス検知素子（卍型（ａ））の上面視概略図である。
【図３】本発明のガス検知素子（卍型（ｂ））の上面視概略図である。
【図４】本発明のガス検知素子（卍型（ｃ））の上面視概略図である。
【図５】本発明のガス検知素子（鉤型二架橋構造）の上面視概略図である。
【図６】ガス検知素子に熱衝撃を与えた場合の故障率を示したグラフである。
【図７】本発明のガス検知素子における別実施形態の上面視概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本実施形態のガス検知素子は、ガス感応部と当該ガス感応部を加熱する加熱手段とを被支持基板部に備え、この被支持基板部を複数の架橋部によって支持基板部に吊橋状に保持するものである。このような素子は一般にサスペンド型の素子と呼ばれる。この構成であれば、被支持基板部と支持基板部との熱伝導箇所が少なくなって断熱性能が向上する。また、熱伝導を抑制することで、加熱手段で被支持基板を加熱する際に外部への熱拡散が減少して加熱効率が高まる。このため、感応部に加える入熱量が少なくなり、その後の冷却速度を高めることが出来る。このように、サスペンド型の素子は、熱絶縁性および放熱性に優れた素子と言える。
【００３１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１〜５に示したように、本発明のガス検知素子Ｘは、ガス感応部１１および加熱手段１４を設けた被支持基板部１０が、複数の架橋部２０によって支持基板部３０に支持してある。これら被支持基板部１０・架橋部２０・支持基板部３０は１つの部材で構成してあり、別の基材３１に取り付けてある。架橋部２０には少なくとも一つの曲り部２１を形成してある。
【００３２】
被支持基板部１０の上には、ガス感応部１１・検出電極１２・絶縁層１３・加熱手段１４が積層された積層体Ａを形成してある。積層体Ａのうち、ガス感応部１１を除いた各構成はＭＥＭＳ技術を利用して作製してある。ＭＥＭＳ技術は、超微小構造の電子機器システムの製造技術である。当該技術により微細な回路の加工を行うことができる。
【００３３】
本実施形態では、被支持基板部１０は、上面視で矩形状となるように形成する。例えば被支持基板部１０を正方形とした場合、一辺のサイズは例えば１００〜２００μｍとする。尚、被支持基板部１０の上面視の形状は、これに限らず、円形・楕円形などの形状でもよい。
【００３４】
架橋部２０は複数設ける。本実施形態では、四本（図２〜４）或いは二本（図５）設けた場合を例示する。
【００３５】
本実施形態では、１つの架橋部２０についてみると、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とを、異なる方向に設定してある。即ち、架橋部２０は直線状とならないように構成する。このとき、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とが平行であっても、同一直線状に重ならない方向であればよい。従って、架橋部２０は屈曲或いは湾曲した曲り部２１を有する構造となる。これにより、架橋部２０と被支持基板部１０との接続部近傍に発生する応力集中を緩和する効果が得られる。
本実施形態では、曲り部として架橋部２０に少なくとも一つの屈曲部２１を形成する。「屈曲」とは、例えば、直線状の部位が互いに角度を持ちながら接続されているような、明確に角が現れた部位を有するものを意味する。
このような屈曲部２１を有する形状であれば、架橋部２０および被支持基板部１０の接続部と、架橋部２０および支持基板部３０の接続部との間を、曲線状の架橋部２０で連結した場合と比較してより長い経路を設定することができる。この結果、熱伝導度が低下して、ガス検知素子Ｘの耐熱性能をさらに向上させることができる。
【００３６】
図２，３，５には一つの屈曲部２１を形成したガス検知素子Ｘを示す。また、図４には二つの屈曲部２１ａ，２１ｂを形成した場合を示す。このように屈曲部２１を設けることで、ガス検知素子Ｘの上面視形状は、略卍型（図２〜４）、鉤型二架橋（図５）となる。
屈曲部２１の形状は、通常は図２〜５に示したように二次元的なものである。この場合、平面的なスペースをとらず、製作も容易となる。
しかし、屈曲部２１の形状は三次元的なものでもよい。例えば、架橋部２０の少なくとも一部を、被支持基板部１０が配設してある平面と異なる平面上に配設してもよい。このとき、例えば被支持基板部１０と支持基板部３０とが高低差を持つように架橋部２０を立体的に配設すれば、熱絶縁性を更に向上させることができる。
【００３７】
本発明のように架橋部２０に少なくとも一つの曲り部２１を形成することで、被支持基板部１０と支持基板部３０との間を直線状の架橋部２０で連結した場合に比べて、架橋部２０の長さを大きく確保することができる。
このとき、被支持基板部１０で生じた加熱手段１４の熱が支持基板部３０に伝達し難くなる。このように、熱伝導度を低下させることで、被支持基板部１０に設けたガス感応部１１からの熱拡散を低減することができる。
この結果、ガス検知素子Ｘをパルス駆動する際にガス検知素子Ｘに加える入熱量が少なくなり、結果としてガス検知素子Ｘ全体に加えるエネルギーの量が低下する。入熱量が低下することで、架橋部２０等の熱膨張の程度も少なくなる。このとき、架橋部２０と被支持基板部１０との境界付近に生じる膨張・収縮が低減化されて熱劣化や破損が生じるのを抑制することができる。
【００３８】
本実施形態のガス検知素子Ｘは、１つの架橋部２０において、被支持基板部１０に対する延出方向と支持基板部３０に対する延出方向とが異なる。即ち、架橋部２０は被支持基板部１０から延出した後、ある程度被支持基板部１０から離間した位置（屈曲部２１）で延出方向を変更して支持基板部３０と連結する。
【００３９】
本発明のごとく、１つの架橋部２０において、被支持基板部１０に対する延出方向と支持基板部３０に対する延出方向とが異なる方向に設定すれば、架橋部２０に発生する伸び変形の方向を、曲がった部位の両側において異なる方向に設定することができる。例えば、架橋部２０のうち屈曲部２１から被支持基板部１０までの部位を、被支持基板部１０に固定した腕と考えると、被支持基板部１０に回転を生じさせるのは、主に架橋部２０のうち屈曲部２１から支持基板部３０までの部分に生じた熱膨張分である。この熱膨張分は、架橋部２０に生じた熱膨張の一部である。よって、腕が出た状態の上記被支持基板部１０の回転に寄与する熱膨張量は少なくなる。つまり、被支持基板部１０の中心からより遠い作用点（屈曲部２１）に対して、より少ない回転駆動力が作用することとなり、被支持基板部１０の回転角度が小さくなる。このように、架橋部２０に屈曲部２１を設けることで、架橋部２０に生じる熱膨張が、架橋部２０と被支持基板部１０との接続部に及ぼす影響を少なくすることができ、ガス検知素子Ｘの耐熱性能を向上させることとなる。
【００４０】
図４に示したように二つの屈曲部２１ａ，２１ｂを形成した場合には、前記回転駆動力はそれぞれの屈曲部２１ａ，２１ｂに分散して作用することとなり、各屈曲部に及ぶ熱膨張の影響を少なくすることができ、ガス検知素子Ｘの耐熱性能を更に向上させることとなる。
【００４１】
このように、本発明のガス検知素子Ｘは、被支持基板部１０を複数の架橋部２０によって支持基板部３０に支持したサスペンド型のガス検知素子Ｘであるため熱絶縁性に優れると共に、消費電力を少なくするためにパルス駆動した場合であっても熱劣化し難く、熱衝撃に対して優れた耐久性を有する。
【００４２】
架橋部２０の上には配線が形成してある（図外）。当該配線を経由して、ガス感応部１０が感知した信号をガス検知回路の制御部（図外）に送信する、或いは、加熱手段１４に電力を供給することができる。
【００４３】
図２〜５に示したように、架橋部２０のうち被支持基板部１０からの延出方向を、被支持基板部１０の対角線の方向に一致させてある。
このとき、架橋部２０は、矩形状に形成した被支持基板部１０における角部から延出する。当該角部は、ガス感応部１１の作製時に焼結体ペーストが薄く塗布される部位である。そのため、ガス感応部１１の作製時に焼結体ペーストが架橋部２０に付着するのを防止し易くなる。
【実施例】
【００４４】
本発明のガス検知素子Ｘの製造方法について以下に説明する。
積層体Ａは、ＭＥＭＳ技術を利用して以下のようにして形成した。
シリコン基板上にＳｉＯ2層とＳｉＮx層等からなるダイアフラム（膜厚１〜２μｍ）を形成した後、その上にＰｔ層を形成し、加熱手段１４のパターンをドライエッチング加工した。その後、絶縁層１３をＳｉＯ2層により形成した。当該絶縁層１３の上に、一対の検出電極１２を加熱手段１４と同様の手法で形成した。
尚、ダイアフラムは、上述した膜の他にＳｉＯ2単層膜、Ｔａ2Ｏ5単層膜等を適用することが可能である。
【００４５】
次に、複数の架橋部２０および被支持基板部１０を残すようにシリコン異方性エッチング加工し、複数の架橋部２０によって吊橋状に保持した被支持基板部１０を形成した。このようにして形成された架橋部２０および被支持基板部１０は、比較的硬質に形成される。
【００４６】
さらに、検出電極１２を覆うように金属酸化物半導体を構成成分とするガス感応部１１を形成する。
金属酸化物半導体として酸化スズを使用した。マイクロディスペンサーを用いて酸化スズペーストを上述した検出電極１２の上に塗布し、乾燥後、６００℃で１時間焼成した。さらに、酸化スズ焼結体にＰｄ触媒を電着法によって付着させ、乾燥後、６００℃で３０分焼成することによりガス感応部１１を形成した。
【００４７】
ガス感応部１１の膜厚は、例えば１０〜５０μｍとなるように形成するのが好ましい。
当該膜厚が５０μｍ以上であると、ガス感応部１１を一定温度に維持するための消費電力が大きくなる。また、通常、ガス感応部１１を保持する被支持基板部１０および架橋部２０の厚さは１〜２μｍで形成してあるため、被支持基板部１０および架橋部２０の熱衝撃に対する耐久性が悪化する。さらに、膜厚が厚くなると製造が困難になる。
一方、当該膜厚が１０μｍ以下であると、ガス感度の長期安定性が悪化する。
【００４８】
このようにして製造された本発明のガス検知素子Ｘに対して、温度変化を繰り返して熱衝撃を与えた場合の耐久性を調べた。本実験では、図２〜５に示したガス検知素子Ｘを用いた（図２：卍型（ａ）、図３：卍型（ｂ）、図４：卍型（ｃ）、図５：鉤型二架橋構造）。
比較例として、架橋部に屈曲部を設けない従来型（Ｘ型）のガス検知素子を３つ用いた（Ｘ型（ａ）、Ｘ型（ｂ）、Ｘ型（ｃ））。Ｘ型のガス検知素子は、架橋部を四本備える。３つのガス検知素子において、それぞれの架橋部の幅は同一（２０μｍ）となるように形成した。一方、架橋分の長さは、それぞれ１５、２０、４０μｍとなるように異ならせて形成してある。
【００４９】
サンプル数は、卍型（ａ）：３９個、卍型（ｂ）：１５個、卍型（ｃ）：１３個、鉤型二架橋構造：１５個、Ｘ型（ａ）：１４個、Ｘ型（ｂ）：４１個、Ｘ型（ｃ）：３９個とした。
【００５０】
実験は、各ガス検知素子において室温〜５００℃のサイクルを繰り返し行い、熱衝撃を与えた。図６に結果を示した。熱衝撃により、架橋部に亀裂が発生して故障したガス検知素子の故障率を調べた。
【００５１】
従来型のガス検知素子は、熱衝撃を繰り返すと、何れの素子も架橋部に亀裂を生じて断線した。しかし、本発明のガス検知素子Ｘは、何れの素子も架橋部に亀裂を生じず、１０００万回以上の熱衝撃に対して優れた耐久性を示した。
【００５２】
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、架橋部２０の幅は変化しない。即ち、支持基板部３０近傍の幅と被支持基板部１０近傍の幅とは同じであるように構成した。しかし、これに限られるものではなく、架橋部が有する幅のうち、支持基板部３０近傍の幅を被支持基板部１０近傍の幅に対して広く設定してもよい（図７）。
本構成によれば、被支持基板部１０の熱が架橋部２０に伝達し難くなると共に、一旦、架橋部に伝わった熱は、支持基板部３０の側ほど幅広に構成した架橋部を介して支持基板部１０に拡散し易くなる。
この結果、被支持基板部１０の熱が架橋部２０に伝達し難くなることでガス感応部１１の加熱効率が高まり、ガス感応部１１に与える入熱量が小さくなるから、ガス検知素子Ｘの電力消費量を低減することができる。
一方、一旦、架橋部に伝わった熱は、支持基板部３０の側ほど幅広となった架橋部２０によって速やかに支持基板部３０の側に拡散する。よって、架橋部２０の冷却効果が高まり、耐熱性能に優れたガス検知素子Ｘを得ることができる。
【００５３】
（２）上述した実施形態では、積層体Ａを、ダイアフラム・加熱手段１４・絶縁層１３・検出電極１２・ガス感応部１１を設けて構成した。しかし、このような態様に限らず、例えば、積層体Ａをダイアフラム・加熱手段（検出電極兼用）・半導体ガス感応部によって構成する熱線形半導体式ガス検知素子、或いは、ダイアフラム・加熱手段・絶縁層・触媒層によって構成する接触燃焼式ガス検知素子とすることが可能である。
【００５４】
（３）上述した実施形態では、１つの架橋部２０についてみると、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とを、異なる方向に設定した場合について説明した。しかし、これに限られるものではなく、１つの架橋部２０について、単に、少なくとも一箇所の曲り部を設けるように構成することが可能である。
この場合、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とが同じになるように構成できる。例えば、架橋部２０の途中で「く」字型或いは「コ」字型に屈曲するように構成することができる。「く」字型に構成した場合において曲り部は３箇所、「コ」字型に構成した場合において曲り部は４箇所設けることとなる。
本構成においても、架橋部２０のうち曲がった部位から被支持基板部１０までの部位を、被支持基板部１０に固定した腕と考えると、被支持基板部１０に回転を生じさせるのは、主に架橋部２０のうち残りの長さの部分に生じた熱膨張分である。この熱膨張分は、架橋部に生じた熱膨張の一部である。よって、腕が出た状態の被支持基板部１０の回転に寄与する熱膨張量は少なくなる。つまり、被支持基板部１０の中心からより遠い作用点に対して、より少ない回転駆動力が作用することとなり、被支持基板部１０の回転角度が小さくなる。このように、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とが同じであっても、架橋部２０に、少なくとも一箇所の屈曲部を設けることで、架橋部２０に生じる熱膨張が、架橋部２０と被支持基板部１０との接続部に及ぼす影響を少なくすることができ、ガス検知素子Ｘの耐熱性能を向上させることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が、複数の架橋部によって支持基板部に支持してあるガス検知素子に利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
Ｘ        ガス検知素子
１０      被支持基板部
１１      ガス感応部
１４      加熱手段
２０      架橋部
２１      屈曲部
３０      支持基板部
【図１】
2014041164.tif 000003
【図２】
2014041164.tif 000004
【図３】
2014041164.tif 000005
【図４】
2014041164.tif 000006
【図５】
2014041164.tif 000007
【図６】
2014041164.tif 000008
【図７】
2014041164.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月24日(2013.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が、複数の架橋部によって支持基板部に支持してあるサスペンド型のガス検知素子であって、
前記架橋部に少なくとも一つの曲り部を形成してあり、
前記加熱手段・前記被支持基板部・前記架橋部をＭＥＭＳ技術により形成してあるガス検知素子。
【請求項２】
前記被支持基板部および前記支持基板部は上面視で矩形状であり、前記被支持基板部の対角線の方向と前記支持基板部の対角線の方向が異なる請求項１に記載のガス検知素子。
【請求項３】
前記被支持基板部および前記支持基板部は上面視で矩形状であり、前記被支持基板部の対角線の方向と前記支持基板部の対角線の方向が一致する請求項１に記載のガス検知素子。
【請求項４】
前記支持基板部から延出する前記架橋部の延出方向は、前記被支持基板部および前記支持基板部の対角線の方向と異なる請求項１〜３の何れか一項に記載のガス検知素子。
【請求項５】
前記曲がり部は、前記支持基板部に近い側に形成される第一曲り部と、前記被支持基板部に近い側に形成される第二曲り部と、を含む請求項１または２に記載のガス検知素子。
【請求項６】
前記架橋部において、前記支持基板部から前記第一曲り部までの延出方向と、前記被支持基板部から前記第二曲り部までの延出方向とが一致する請求項５に記載のガス検知素子。
【請求項７】
前記架橋部において、前記第一曲り部から前記第二曲り部までの長さは、前記支持基板部から前記第一曲り部までの長さ、および、前記被支持基板部から前記第二曲り部までの長さよりも長い請求項５または６に記載のガス検知素子。
【請求項８】
前記架橋部において、前記被支持基板部から前記曲り部までの長さは、前記支持基板部から前記曲り部までの長さより短い請求項１〜４の何れか一項に記載のガス検知素子。
【請求項９】
前記架橋部は、前記被支持基板部の角部から延出している請求項１，２，５〜７の何れか一項に記載のガス検知素子。
【請求項１０】
前記架橋部は、その幅が前記支持基板部の側ほど漸増する部位を有する請求項１，２，４，８の何れか一項に記載のガス検知素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が、複数の架橋部によって支持基板部に支持してあるガス検知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結体のガス感応部を持つガス検知素子は、半導体式・接触燃焼式・固体電解質などが公知である。これらは、通常、ガス感応部を３００℃〜７００℃に維持した状態でガス検知を行うため、その消費電力は数百ｍＷ以上必要であった。
【０００３】
近年、電池でガスセンサを長期間駆動するという要望が高まっている。電池代を抑えると共に電池の交換の頻度をできるだけ少なくするには、ガスセンサの消費電力を低下させるのが望ましい。
微細加工が可能なＭＥＭＳ（Micro  Electro Mechanical System）技術を利用すれば、微小な部材を加工でき、小型化されて消費電力の低いガス検知素子を製造することができる。この小型化したガス検知素子をパルス駆動して間欠的にガス検知することで、平均消費電力をさらに低下させることができる。ＭＥＭＳ技術を利用することでガス検知素子を大量生産できるため、ガス検知素子のコストダウンを実現できる。
【０００４】
しかし、このようなガス検知素子の実用化には、耐熱衝撃性・耐久性などの特性を向上させることが必要である。
ＭＥＭＳ技術によって作製された被支持基板部を有するガス検知素子としては、サスペンド型やクローズド型等が公知である。
例えばサスペンド型のガス検知素子としては特許文献１に示されるものがある。このタイプの素子は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が複数の架橋部によって支持基板部に支持してあり、熱絶縁に優れる。
【０００５】
このガス検知素子に対して、室温と駆動温度（例えば５００℃）とに亘って熱サイクルを作用させると、ガス検知素子には熱衝撃が繰返し与えられることになる。この熱衝撃は、ガス検知素子を構成する部材の熱劣化の原因となる。
例えば、架橋部を経由してヒータ電力が加熱手段に供給され、ガス感応部が加熱・冷却されると、被支持基板部および架橋部が膨張・収縮する。このような膨張・収縮に基づく熱応力は、加熱手段の近傍である架橋部と被支持基板部の境界部付近に集中し易い。特にガス感応部が厚膜である場合に著しい。これは以下の理由による。
【０００６】
通常、被支持基板部および架橋部の厚さが約１〜２μｍであるのに対し、ガス感応部の厚さは約１０μｍ以上であり、ガス感応部の厚さは被支持基板部および架橋部の厚さに比べて大きい。このため、ガス感応部の温度変化が、ガス感応部近傍にある被支持基板部および架橋部の膨張・収縮に大きく影響し、被支持基板部および架橋部には大きな熱応力が及ぶ。熱衝撃を繰り返すことにより被支持基板部および架橋部は熱劣化により脆弱化し、これらの境界部付近で破損し易くなる。
【０００７】
特許文献１に記載のガス検知素子では、相対する一対の架橋部を、被支持基板部の幅に相当する間隔で平行に配置するように構成してある。これにより、加熱時に架橋部が膨脹したとしても、被支持基板部が回転することで、相対する架橋部は互いに膨張することができる。この結果、架橋部の長手方向に沿った内部応力の発生を押さえることができ、上述したような境界部付近での熱劣化による破損を回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】２００７−１３２８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
長期間に亘って使用される家庭用警報器では、およそ５００万回以上ものパルス駆動による熱衝撃に耐える必要があるとされる。
【００１０】
特許文献１に記載のガス検知素子が加熱されると、相対する架橋部が互いに膨張する際に、被支持基板部が回転し、架橋部方向に発生する熱応力の集中が緩和される。しかし、被支持基板部および架橋部の境界部付近には加熱・冷却の度に当該回転に伴う曲げ力が発生する。そのため、長期間に亘って熱サイクルが与えられると、やはり当該境界部付近で破損し易くなる。
【００１１】
従って、本発明の目的は、消費電力が少なく熱絶縁性・熱衝撃に優れた耐久性を有するガス検知素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係るガス検知素子の第一特徴構成は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が、複数の架橋部によって支持基板部に支持してあるサスペンド型のガス検知素子であって、前記架橋部に少なくとも一つの曲り部を形成し、前記加熱手段・前記被支持基板部・前記架橋部をＭＥＭＳ技術により形成した点にある。
【００１３】
本構成では、架橋部の中間の何れかの位置に曲り部として、角度を持って折れ曲がった屈曲部やカーブした曲線状の曲線部を形成することになる。このことによって、例えば、架橋部と被支持基板部との接続部近傍に発生する応力集中を緩和する効果が得られる。
本構成では、一つの架橋部の全体が直線形状とはならないように構成してある。こうすることで、被支持基板部と支持基板部との間を直線状の架橋部で連結した場合に比べて、架橋部を長く形成することができる。
この結果、被支持基板部で生じた加熱手段の熱が支持基板部に伝達し難くなる。このように、熱伝導度を低下させることで、被支持基板部に設けたガス感応部からの熱拡散を低減することができる。
このことは、さらに、ガス検知素子をパルス駆動する際にガス検知素子に加える入熱量を少なくでき、結果としてガス検知素子全体に加えるエネルギーの量が低下する。入熱量が低下することで、架橋部等の熱膨張の程度も少なくなり、例えば、架橋部と被支持基板部との境界付近に生じる膨張・収縮が低減化されて熱劣化や破損が生じるのを抑制することができる。
【００１４】
さらに、架橋部等に生じる熱応力は、上記熱膨張に起因するものに限られない。例えば、架橋部および被支持基板部の成膜はスパッタリング法・化学気相成長（ＣＶＤ）法などにより行われる。しかし、これらを成膜したときの厚さが一様でない場合、加熱手段の加熱により種々の方向に熱応力が発生する。しかし、本構成であれば、仮にこのような熱応力が特定の箇所に集中して発生した場合でも、架橋部の形状によって当該応力集中を分散させることができる。
このように、本構成のガス検知素子は、被支持基板部を複数の架橋部によって支持基板部に支持したサスペンド型のガス検知素子であるため熱絶縁性に優れると共に、消費電力を少なくするためにパルス駆動をした場合であっても熱劣化し難く、熱衝撃に対して優れた耐久性を有する。
また、本構成によれば、微細加工が可能なＭＥＭＳ技術を適用するため、極めて小さなガス検知素子の製造が可能となる。これにより、平均消費電力の少ないガス検知素子を得ることができる。
【００１５】
本発明に係るガス検知素子の第二特徴構成は、前記被支持基板部および前記支持基板部は上面視で矩形状であり、前記被支持基板部の対角線の方向と前記支持基板部の対角線の方向が異なる点にある。
【００１６】
今、仮に、被支持基板部と支持基板部との間に全体が直線状の架橋部が設けてあるとする。この架橋部が加熱されると架橋部は膨張する。架橋部は被支持基盤部を支持しなければならないため、ある程度の剛性を有する。このため、架橋部の長手方向に沿って生じた伸び変形は、架橋部と被支持基板部との接続部、および、架橋部と支持基板部との接続部に応力集中を発生させる。両部位の温度を比較すると、発熱ヒータに近い、架橋部と被支持基板部との接続部の方が高温となる。この結果、当該部位において永久歪が生じたり、このような応力集中の繰り返しによって、当該接続部において疲労破壊が生じることとなる。
【００１７】
架橋部と被支持基板部との接続状態が、先に挙げた特許文献１のように、対抗する架橋部の方向が並行且つ同一直線状とならないように設定されている場合では、架橋部の膨張によって被支持基板部は支持基板部に対して回転することとなる。この場合、架橋部の剛性にもよるが、当該回転によって生じる被支持基板部の回転角度は、殆ど架橋部と被支持基板部との間の角度変化で負担することになる。よって、この場合には、架橋部と被支持基板部との間で疲労破壊が生じ易い。
【００１８】
しかし、本構成のごとく、前記被支持基板部および前記支持基板部は上面視で矩形状であり、前記被支持基板部の対角線の方向と前記支持基板部の対角線の方向が異なるように構成すれば、一つの架橋部では、被支持基板部に対する架橋部の延出方向と、支持基板部に対する架橋部の延出方向とを異なる方向に設定できるため（図２，４，５参照）、架橋部に発生する伸び変形の方向を、曲がった部位の両側において異なる方向に設定することができる。例えば、架橋部のうち曲がった部位から被支持基板部までの部位を、被支持基板部に固定した腕と考えると、被支持基板部に回転を生じさせるのは、主に架橋部のうち残りの長さの部分に生じた熱膨張分である。この熱膨張分は、架橋部に生じた熱膨張の一部である。よって、腕が出た状態の上記被支持基板部の回転に寄与する熱膨張量は少なくなる。つまり、上記特許文献１の場合と比べて、被支持基板部の中心からより遠い作用点に対して、より少ない回転駆動力が作用することとなり、被支持基板部の回転角度が小さくなる。このように、架橋部に曲り部を設けることで、架橋部に生じる熱膨張が、架橋部と被支持基板部との接続部に及ぼす影響を少なくすることができ、ガス検知素子の耐熱性能を向上させることとなる。
【００１９】
本発明に係るガス検知素子の第三特徴構成は、前記被支持基板部および前記支持基板部は上面視で矩形状であり、前記被支持基板部の対角線の方向と前記支持基板部の対角線の方向が一致する点にある。
【００２０】
本構成では、被支持基板部および支持基板部が共に矩形状であり、かつこれらの対角線の方向が一致するため、例えば支持基板部の各辺および被支持基板部の各辺を平行にした状態として、一つの架橋部では、被支持基板部に対する架橋部の延出方向と、支持基板部に対する架橋部の延出方向とを異なる方向に設定できるため（図３参照）、架橋部に発生する伸び変形の方向を、曲がった部位の両側において異なる方向に設定することができる。
【００２１】
本発明に係るガス検知素子の第四特徴構成は、前記支持基板部から延出する前記架橋部の延出方向を、前記被支持基板部および前記支持基板部の対角線の方向と異ならせた点にある。
【００２２】
本構成では、一つの前記架橋部では、前記被支持基板部に対する前記架橋部の延出方向と、前記支持基板部に対する前記架橋部の延出方向とを異なる方向に設定できるため（図３，７参照）、架橋部に発生する伸び変形の方向を、曲がった部位の両側において異なる方向に設定することができる。例えば、架橋部のうち曲がった部位から被支持基板部までの部位を、被支持基板部に固定した腕と考えると、被支持基板部に回転を生じさせるのは、主に架橋部のうち残りの長さの部分に生じた熱膨張分である。この熱膨張分は、架橋部に生じた熱膨張の一部である。よって、腕が出た状態の上記被支持基板部の回転に寄与する熱膨張量は少なくなる。つまり、上記特許文献１の場合と比べて、被支持基板部の中心からより遠い作用点に対して、より少ない回転駆動力が作用することとなり、被支持基板部の回転角度が小さくなる。このように、架橋部に曲り部を設けることで、架橋部に生じる熱膨張が、架橋部と被支持基板部との接続部に及ぼす影響を少なくすることができ、ガス検知素子の耐熱性能を向上させることとなる。
【００２３】
本発明に係るガス検知素子の第五特徴構成は、前記曲がり部は、前記支持基板部に近い側に形成される第一曲り部と、前記被支持基板部に近い側に形成される第二曲り部と、を含む点にある。
【００２４】
本構成では、複数の曲り部を設けることで、架橋部の形状を多様に形成することができる。
【００２５】
本発明に係るガス検知素子の第六特徴構成は、前記架橋部において、前記支持基板部から前記第一曲り部までの延出方向と、前記被支持基板部から前記第二曲り部までの延出方向とが一致する点にある。
【００２６】
本構成では、支持基板から第一曲り部までの延出方向と、被支持基板から第二曲り部までの延出方向とを一致させた状態で、第一曲り部から前記第二曲り部の間に、中間部位を設けることができる（図４参照）。当該中間部位を設けることで、架橋部に生じる熱膨張が、架橋部と被支持基板部との接続部に及ぼす影響を少なくすることができ、ガス検知素子の耐熱性能を向上させることとなる。
【００２７】
本発明に係るガス検知素子の第七特徴構成は、前記架橋部において、前記第一曲り部から前記第二曲り部までの長さは、前記支持基板部から前記第一曲り部までの長さ、および、前記被支持基板部から前記第二曲り部までの長さよりも長い点にある。
【００２８】
本構成では、第一曲り部から前記第二曲り部の間設けた中間部位を、支持基板から前記第一曲り部までの長さおよび前記被支持基板から前記第二曲り部までの長さよりも長く設定することができ（図４参照）、これにより、架橋部に生じる熱膨張が、架橋部と被支持基板部との接続部に及ぼす影響をより少なくすることができ、ガス検知素子の耐熱性能を向上させることとなる。
【００２９】
本発明に係るガス検知素子の第八特徴構成は、前記架橋部において、前記被支持基板部から前記曲り部までの長さは、前記支持基板部から前記曲り部までの長さより短く設定した点にある。
【００３０】
支持基板部から曲り部までの長さを被支持基板部から曲り部までの長さより短くすることで、被支持基板部から曲り部までの長さが長い場合と比較して、小型のガス検知素子を実現できるので、平均消費電力の少ないガス検知素子を得ることができる。
【００３１】
本発明に係るガス検知素子の第九特徴構成は、前記架橋部は、前記被支持基板部の角部から延出した点にある。
【００３２】
ガス感応部を作製する際、焼結体ペーストを被支持基板部に塗布すると、ガス感応部の上面視における中央部分では当該ペーストは分厚く塗布されるが、周縁部分では当該ペーストは薄く塗布される。通常、矩形状に形成した被支持基板部の角部では、当該ペーストは最も薄く塗布される。
本構成では、架橋部は、矩形状に形成した被支持基板部の角部から延出するため、当該ペーストは架橋部に移行し難くなる。これにより、所定のガス感度特性を有するガス検知素子を製造できるため、ガス検知素子の製造収率が向上する。
【００３３】
本発明に係るガス検知素子の第十特徴構成は、前記架橋部は、その幅が前記支持基板部の側ほど漸増する部位を有する点にある。
【００３４】
本構成によれば、前記架橋部の一部或いは全体において、その幅が前記支持基板部の側ほど漸増する部位を有するように構成することができる。これにより、被支持基板部の熱が架橋部に伝達し難くなると共に、一旦、架橋部に伝わった熱は、支持基板部の側ほど幅広に構成した架橋部を介して支持基板部に拡散し易くなる。
この結果、被支持基板部の熱が架橋部に伝達し難くなることでガス感応部の加熱効率が高まり、ガス感応部に与える入熱量が小さくなるから、ガス検知素子の電力消費量を低減することができる。
一方、一旦、架橋部に伝わった熱は、支持基板部の側ほど幅広となった架橋部によって速やかに支持基板部の側に拡散する。よって、架橋部の冷却効果が高まり、耐熱性能に優れたガス検知素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のガス検知素子の断面（図２のＩ―Ｉ断面）視概略図である。
【図２】本発明のガス検知素子（卍型（ａ））の上面視概略図である。
【図３】本発明のガス検知素子（卍型（ｂ））の上面視概略図である。
【図４】本発明のガス検知素子（卍型（ｃ））の上面視概略図である。
【図５】本発明のガス検知素子（鉤型二架橋構造）の上面視概略図である。
【図６】ガス検知素子に熱衝撃を与えた場合の故障率を示したグラフである。
【図７】本発明のガス検知素子における別実施形態の上面視概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本実施形態のガス検知素子は、ガス感応部と当該ガス感応部を加熱する加熱手段とを被支持基板部に備え、この被支持基板部を複数の架橋部によって支持基板部に保持するものである。このような素子は一般にサスペンド型の素子と呼ばれる。この構成であれば、被支持基板部と支持基板部との熱伝導箇所が少なくなって断熱性能が向上する。また、熱伝導を抑制することで、加熱手段で被支持基板を加熱する際に外部への熱拡散が減少して加熱効率が高まる。このため、感応部に加える入熱量が少なくなり、その後の冷却速度を高めることが出来る。このように、サスペンド型の素子は、熱絶縁性および放熱性に優れた素子と言える。
【００３７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１〜５に示したように、本発明のガス検知素子Ｘは、ガス感応部１１および加熱手段１４を設けた被支持基板部１０が、複数の架橋部２０によって支持基板部３０に支持してある。これら被支持基板部１０・架橋部２０・支持基板部３０は１つの部材で構成してあり、別の基材３１に取り付けてある。架橋部２０には少なくとも一つの曲り部２１を形成してある。
【００３８】
被支持基板部１０の上には、ガス感応部１１・検出電極１２・絶縁層１３・加熱手段１４が積層された積層体Ａを形成してある。本実施形態では、被支持基板部１０、架橋部２０、および、積層体Ａのうち、ガス感応部１１を除いた各構成はＭＥＭＳ技術を利用して作製してある。ＭＥＭＳ技術は、超微小構造の電子機器システムの製造技術である。当該技術により微細な回路の加工を行うことができる。
【００３９】
本実施形態では、被支持基板部１０は、上面視で矩形状となるように形成する。例えば被支持基板部１０を正方形とした場合、一辺のサイズは例えば１００〜２００μｍとする。尚、被支持基板部１０の上面視の形状は、これに限らず、円形・楕円形などの形状でもよい。
【００４０】
架橋部２０は複数設ける。本実施形態では、四本（図２〜４）或いは二本（図５）設けた場合を例示する。
【００４１】
本実施形態では、１つの架橋部２０についてみると、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とを、異なる方向に設定してある。即ち、架橋部２０は直線状とならないように構成する。このとき、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とが平行であっても、同一直線状に重ならない方向であればよい。従って、架橋部２０は屈曲或いは湾曲した曲り部２１を有する構造となる。これにより、架橋部２０と被支持基板部１０との接続部近傍に発生する応力集中を緩和する効果が得られる。
本実施形態では、曲り部として架橋部２０に少なくとも一つの屈曲部２１を形成する。「屈曲」とは、例えば、直線状の部位が互いに角度を持ちながら接続されているような、明確に角が現れた部位を有するものを意味する。
このような屈曲部２１を有する形状であれば、架橋部２０および被支持基板部１０の接続部と、架橋部２０および支持基板部３０の接続部との間を、曲線状の架橋部２０で連結した場合と比較してより長い経路を設定することができる。この結果、熱伝導度が低下して、ガス検知素子Ｘの耐熱性能をさらに向上させることができる。
【００４２】
図２，３，５には一つの屈曲部２１を形成したガス検知素子Ｘを示す。また、図４には二つの屈曲部２１ａ，２１ｂを形成した場合を示す。このように屈曲部２１を設けることで、ガス検知素子Ｘの上面視形状は、略卍型（図２〜４）、鉤型二架橋（図５）となる。
屈曲部２１の形状は、通常は図２〜５に示したように二次元的なものである。この場合、平面的なスペースをとらず、製作も容易となる。
しかし、屈曲部２１の形状は三次元的なものでもよい。例えば、架橋部２０の少なくとも一部を、被支持基板部１０が配設してある平面と異なる平面上に配設してもよい。このとき、例えば被支持基板部１０と支持基板部３０とが高低差を持つように架橋部２０を立体的に配設すれば、熱絶縁性を更に向上させることができる。
【００４３】
本発明のように架橋部２０に少なくとも一つの曲り部２１を形成することで、被支持基板部１０と支持基板部３０との間を直線状の架橋部２０で連結した場合に比べて、架橋部２０の長さを大きく確保することができる。
このとき、被支持基板部１０で生じた加熱手段１４の熱が支持基板部３０に伝達し難くなる。このように、熱伝導度を低下させることで、被支持基板部１０に設けたガス感応部１１からの熱拡散を低減することができる。
この結果、ガス検知素子Ｘをパルス駆動する際にガス検知素子Ｘに加える入熱量が少なくなり、結果としてガス検知素子Ｘ全体に加えるエネルギーの量が低下する。入熱量が低下することで、架橋部２０等の熱膨張の程度も少なくなる。このとき、架橋部２０と被支持基板部１０との境界付近に生じる膨張・収縮が低減化されて熱劣化や破損が生じるのを抑制することができる。
架橋部２０において、被支持基板部１０から曲り部２１までの長さは、支持基板部３０から曲り部２１までの長さより短く設定するとよい。
【００４４】
本実施形態のガス検知素子Ｘは、１つの架橋部２０において、被支持基板部１０に対する延出方向と支持基板部３０に対する延出方向とが異なる。即ち、架橋部２０は被支持基板部１０から延出した後、ある程度被支持基板部１０から離間した位置（屈曲部２１）で延出方向を変更して支持基板部３０と連結する。
【００４５】
本発明のごとく、１つの架橋部２０において、被支持基板部１０に対する延出方向と支持基板部３０に対する延出方向とが異なる方向に設定すれば、架橋部２０に発生する伸び変形の方向を、曲がった部位の両側において異なる方向に設定することができる。例えば、架橋部２０のうち屈曲部２１から被支持基板部１０までの部位を、被支持基板部１０に固定した腕と考えると、被支持基板部１０に回転を生じさせるのは、主に架橋部２０のうち屈曲部２１から支持基板部３０までの部分に生じた熱膨張分である。この熱膨張分は、架橋部２０に生じた熱膨張の一部である。よって、腕が出た状態の上記被支持基板部１０の回転に寄与する熱膨張量は少なくなる。つまり、被支持基板部１０の中心からより遠い作用点（屈曲部２１）に対して、より少ない回転駆動力が作用することとなり、被支持基板部１０の回転角度が小さくなる。このように、架橋部２０に屈曲部２１を設けることで、架橋部２０に生じる熱膨張が、架橋部２０と被支持基板部１０との接続部に及ぼす影響を少なくすることができ、ガス検知素子Ｘの耐熱性能を向上させることとなる。
【００４６】
図４に示したように二つの屈曲部２１ａ，２１ｂを形成した場合には、前記回転駆動力はそれぞれの屈曲部２１ａ，２１ｂに分散して作用することとなり、各屈曲部に及ぶ熱膨張の影響を少なくすることができ、ガス検知素子Ｘの耐熱性能を更に向上させることとなる。
【００４７】
このように、本発明のガス検知素子Ｘは、被支持基板部１０を複数の架橋部２０によって支持基板部３０に支持したサスペンド型のガス検知素子Ｘであるため熱絶縁性に優れると共に、消費電力を少なくするためにパルス駆動した場合であっても熱劣化し難く、熱衝撃に対して優れた耐久性を有する。
【００４８】
架橋部２０の上には配線が形成してある（図外）。当該配線を経由して、ガス感応部１０が感知した信号をガス検知回路の制御部（図外）に送信する、或いは、加熱手段１４に電力を供給することができる。
【００４９】
図２〜５に示したように、架橋部２０のうち被支持基板部１０からの延出方向を、被支持基板部１０の対角線の方向に一致させてある。
このとき、架橋部２０は、矩形状に形成した被支持基板部１０における角部から延出する。当該角部は、ガス感応部１１の作製時に焼結体ペーストが薄く塗布される部位である。そのため、ガス感応部１１の作製時に焼結体ペーストが架橋部２０に付着するのを防止し易くなる。
【００５０】
また、図２，４，５では、被支持基板部１０および支持基板部３０は上面視で矩形状であり、被支持基板部１０の対角線の方向と支持基板部３０の対角線の方向が異なるように構成してある。
さらに、図３では、支持基板部３０から延出する架橋部２０の延出方向は、被支持基板部１０および支持基板部３０の対角線の方向と異なるように構成してある。
【実施例】
【００５１】
本発明のガス検知素子Ｘの製造方法について以下に説明する。
積層体Ａは、ＭＥＭＳ技術を利用して以下のようにして形成した。
シリコン基板上にＳｉＯ2層とＳｉＮx層等からなるダイアフラム（膜厚１〜２μｍ）を形成した後、その上にＰｔ層を形成し、加熱手段１４のパターンをドライエッチング加工した。その後、絶縁層１３をＳｉＯ2層により形成した。当該絶縁層１３の上に、一対の検出電極１２を加熱手段１４と同様の手法で形成した。
尚、ダイアフラムは、上述した膜の他にＳｉＯ2単層膜、Ｔａ2Ｏ5単層膜等を適用する
ことが可能である。
【００５２】
次に、複数の架橋部２０および被支持基板部１０を残すようにシリコン異方性エッチング加工し、複数の架橋部２０によって保持した被支持基板部１０を形成した。このようにして形成された架橋部２０および被支持基板部１０は、比較的硬質に形成される。
【００５３】
さらに、検出電極１２を覆うように金属酸化物半導体を構成成分とするガス感応部１１を形成する。
金属酸化物半導体として酸化スズを使用した。マイクロディスペンサーを用いて酸化スズペーストを上述した検出電極１２の上に塗布し、乾燥後、６００℃で１時間焼成した。さらに、酸化スズ焼結体にＰｄ触媒を電着法によって付着させ、乾燥後、６００℃で３０分焼成することによりガス感応部１１を形成した。
【００５４】
ガス感応部１１の膜厚は、例えば１０〜５０μｍとなるように形成するのが好ましい。
当該膜厚が５０μｍ以上であると、ガス感応部１１を一定温度に維持するための消費電力が大きくなる。また、通常、ガス感応部１１を保持する被支持基板部１０および架橋部２０の厚さは１〜２μｍで形成してあるため、被支持基板部１０および架橋部２０の熱衝撃に対する耐久性が悪化する。さらに、膜厚が厚くなると製造が困難になる。
一方、当該膜厚が１０μｍ以下であると、ガス感度の長期安定性が悪化する。
【００５５】
このようにして製造された本発明のガス検知素子Ｘに対して、温度変化を繰り返して熱衝撃を与えた場合の耐久性を調べた。本実験では、図２〜５に示したガス検知素子Ｘを用いた（図２：卍型（ａ）、図３：卍型（ｂ）、図４：卍型（ｃ）、図５：鉤型二架橋構造）。
比較例として、架橋部に屈曲部を設けない従来型（Ｘ型）のガス検知素子を３つ用いた（Ｘ型（ａ）、Ｘ型（ｂ）、Ｘ型（ｃ））。Ｘ型のガス検知素子は、架橋部を四本備える。３つのガス検知素子において、それぞれの架橋部の幅は同一（２０μｍ）となるように形成した。一方、架橋分の長さは、それぞれ１５、２０、４０μｍとなるように異ならせて形成してある。
【００５６】
サンプル数は、卍型（ａ）：３９個、卍型（ｂ）：１５個、卍型（ｃ）：１３個、鉤型二架橋構造：１５個、Ｘ型（ａ）：１４個、Ｘ型（ｂ）：４１個、Ｘ型（ｃ）：３９個とした。
【００５７】
実験は、各ガス検知素子において室温〜５００℃のサイクルを繰り返し行い、熱衝撃を与えた。図６に結果を示した。熱衝撃により、架橋部に亀裂が発生して故障したガス検知素子の故障率を調べた。
【００５８】
従来型のガス検知素子は、熱衝撃を繰り返すと、何れの素子も架橋部に亀裂を生じて断線した。しかし、本発明のガス検知素子Ｘは、何れの素子も架橋部に亀裂を生じず、１０００万回以上の熱衝撃に対して優れた耐久性を示した。
【００５９】
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、被支持基板部１０および支持基板部３０は上面視で矩形状であり、被支持基板部１０の対角線の方向と支持基板部３０の対角線の方向が異なるように構成したが、このような態様に限定されるものではなく、被支持基板部１０の対角線の方向と支持基板部３０の対角線の方向が一致するように構成してもよい。
【００６０】
（２）上述した実施形態では、架橋部２０の幅は変化しない。即ち、支持基板部３０近傍の幅と被支持基板部１０近傍の幅とは同じであるように構成した。しかし、これに限られるものではなく、架橋部が有する幅のうち、支持基板部３０近傍の幅を被支持基板部１０近傍の幅に対して広く設定してもよい（図７）。
本構成によれば、被支持基板部１０の熱が架橋部２０に伝達し難くなると共に、一旦、架橋部に伝わった熱は、支持基板部３０の側ほど幅広に構成した架橋部を介して支持基板部１０に拡散し易くなる。
この結果、被支持基板部１０の熱が架橋部２０に伝達し難くなることでガス感応部１１の加熱効率が高まり、ガス感応部１１に与える入熱量が小さくなるから、ガス検知素子Ｘの電力消費量を低減することができる。
一方、一旦、架橋部に伝わった熱は、支持基板部３０の側ほど幅広となった架橋部２０によって速やかに支持基板部３０の側に拡散する。よって、架橋部２０の冷却効果が高まり、耐熱性能に優れたガス検知素子Ｘを得ることができる。
また、架橋部は、その幅が支持基板部３０の側ほど漸増する部位を有するように構成してもよい。
【００６１】
（３）上述した実施形態では、積層体Ａを、ダイアフラム・加熱手段１４・絶縁層１３・検出電極１２・ガス感応部１１を設けて構成した。しかし、このような態様に限らず、例えば、積層体Ａをダイアフラム・加熱手段（検出電極兼用）・半導体ガス感応部によって構成する熱線形半導体式ガス検知素子、或いは、ダイアフラム・加熱手段・絶縁層・触媒層によって構成する接触燃焼式ガス検知素子とすることが可能である。
【００６２】
（４）上述した実施形態では、１つの架橋部２０についてみると、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とを、異なる方向に設定した場合について説明した。しかし、これに限られるものではなく、１つの架橋部２０について、単に、少なくとも一箇所の曲り部を設けるように構成することが可能である。
この場合、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とが同じになるように構成できる。例えば、架橋部２０の途中で「く」字型或いは「コ」字型に屈曲するように構成することができる。「く」字型に構成した場合において曲り部は３箇所、「コ」字型に構成した場合において曲り部は４箇所設けることとなる。
本構成においても、架橋部２０のうち曲がった部位から被支持基板部１０までの部位を、被支持基板部１０に固定した腕と考えると、被支持基板部１０に回転を生じさせるのは、主に架橋部２０のうち残りの長さの部分に生じた熱膨張分である。この熱膨張分は、架橋部に生じた熱膨張の一部である。よって、腕が出た状態の被支持基板部１０の回転に寄与する熱膨張量は少なくなる。つまり、被支持基板部１０の中心からより遠い作用点に対して、より少ない回転駆動力が作用することとなり、被支持基板部１０の回転角度が小さくなる。このように、被支持基板部１０に対する架橋部２０の延出方向と、支持基板部３０に対する架橋部２０の延出方向とが同じであっても、架橋部２０に、少なくとも一箇所の屈曲部を設けることで、架橋部２０に生じる熱膨張が、架橋部２０と被支持基板部１０との接続部に及ぼす影響を少なくすることができ、ガス検知素子Ｘの耐熱性能を向上させることとなる。
【００６３】
（５）前記曲がり部は、支持基板部３０に近い側に形成される第一曲り部と、被支持基板部１０に近い側に形成される第二曲り部と、を含むように構成してもよい（図４参照）。
この場合、架橋部２０において、支持基板部３０から第一曲り部までの延出方向と、被支持基板部１０から第二曲り部までの延出方向とが一致するように構成できる。
また、架橋部２０において、第一曲り部から第二曲り部までの長さは、支持基板部３０から第一曲り部までの長さ、および、被支持基板部１０から第二曲り部までの長さよりも長くなるように構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、ガス感応部および加熱手段を設けた被支持基板部が、複数の架橋部によって支持基板部に支持してあるガス検知素子に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｘ        ガス検知素子
１０      被支持基板部
１１      ガス感応部
１４      加熱手段
２０      架橋部
２１      屈曲部
３０      支持基板部