(57)【要約】      （修正有）【課題】感知時間、即ち測定に要する時間を短縮することができ、製造の簡便化、及び低コスト化を図ることができるメソポア多孔質体ガスセンサ、これを搭載するためのメソポア多孔質体ガスセンサ用基板、及びこれを組込んだガスセンサシステムを提供する。【解決手段】一方の面側から他方の面側まで貫通するマクロポアサイズの直径からなる複数の細孔３４を有し、一方の面側に搭載され、メソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体からなり、検知対象ガスを検知するためのガス検知部の一方の面から進入した検知対象ガスが、ガス検知部の他方の面に到達し、続いて一方の面側から複数の細孔を通過して他方の面側まで通り抜け、外部に至るメソポア多孔質体ガスセンサ用基板１２。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体からなり、検知対象ガスを検知するためのガス検知部と、該ガス検知部に設けられる一対の電極とを有し、該一対の電極間の電気的特性を計測することにより前記検知対象ガスの濃度を計測するメソポア多孔質体ガスセンサに用いられるメソポア多孔質体ガスセンサ用基板であって、
一方の面側から他方の面側まで貫通するマクロポアサイズの直径からなる複数の細孔を有し、
前記一方の面側に搭載した前記ガス検知部の前記一方の面から進入した前記検知対象ガスが、前記ガス検知部の他方の面に到達し、続いて前記一方の面側から前記複数の細孔を通過して前記他方の面側まで通り抜け、外部に至ることを特徴とするメソポア多孔質体ガスセンサ用基板。
【請求項２】
前記基板の前記一方の側から前記他方の側まで貫通する前記複数の細孔の貫通方向の長さは、前記基板の厚みより短い請求項１に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板。
【請求項３】
更に、前記一方の側に設けられた第１凹部を有し、
前記複数の細孔は、前記第１凹部の表面から前記他方の側まで貫通する請求項１又は２に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板。
【請求項４】
更に、前記他方の側に設けられた第２凹部を有し、
前記複数の細孔は、前記一方の側から前記第２凹部の表面まで貫通する請求項１〜３のいずれか１項に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板。
【請求項５】
前記複数の細孔の孔サイズは、５０ｎｍ〜２０μｍであり、
前記複数の細孔の内の隣接する細孔間の距離は、５０ｎｍ〜１０μｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板と、
前記基板の前記一方の面側に搭載され、メソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体からなり、検知対象ガスを検知するためのガス検知部と、
該ガス検知部に離間して配置される一対の電極と、を有し、
該一対の電極間の電気的特性を計測することにより前記検知対象ガスの濃度を計測することを特徴とするメソポア多孔質体ガスセンサ。
【請求項７】
前記ガス検知部の前記メソポア多孔質体感知体は、ＴｉＯ２材料からなる請求項６に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ。
【請求項８】
前記基板が、その前記一方の側に設けられた第１凹部を有し、前記複数の細孔は、前記第１凹部の表面から前記基板の前記他方の側まで貫通している時、
前記ガス検知部は、前記第１凹部に積層されている請求項６又は７に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ。
【請求項９】
前記ガス検知部は、一方の面から他方の面まで貫通するマクロポアサイズの直径からなり、それぞれ前記基板の前記複数の細孔に連通する複数の第２細孔を有する請求項６〜８のいずれか１項に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ。
【請求項１０】
前記ガス検知部の複数の第２細孔は、それぞれ前記基板の前記複数の細孔に一致する細孔である請求項９に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ。
【請求項１１】
前記ガス検知部の前記メソポア多孔質体組織の孔部の孔サイズは、２ｎｍ以上５０ｎｍ未満である請求項６〜１０のいずれか１項に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ。
【請求項１２】
前記ガス検知部の前記メソポア多孔質体組織の孔部の孔サイズは、１０ｎｍ〜２０ｎｍである請求項１１に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ。
【請求項１３】
前記基板の前記複数の細孔の孔サイズは、前記ガス検知部の前記メソポア多孔質体組織の孔部の孔サイズの１０倍〜１０００倍である請求項６〜１２のいずれか１項に記載のメソポア多孔質体ガスセンサ。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれか１項に記載のメソポア多孔質体ガスセンサと、
前記メソポア多孔質体ガスセンサの前記基板に搭載された前記ガス検知部及び前記一対の電極を覆い、前記基板上の載置される上蓋と、を有し、
前記上蓋は、前記基板に搭載された前記ガス検知部に連通する第１ガス流路、前記基板に搭載された前記一対の電極に接続された第１電極取り出し経路、及びその上面部に配置される第１ＵＶ反射層の少なくとも１つを備え、
前記上蓋と前記基板との間には、真空に耐えうるシーリングが施されていることを特徴とするメソポア多孔質体ガスセンサシステム。
【請求項１５】
さらに、前記ガスセンサの前記基板の他方の面がその上に載置される底蓋、を有し、
前記底蓋は、前記基板の前記複数の細孔に連通する第２ガス流路、前記基板に搭載された前記一対の電極に接続された第２電極取り出し経路、及びその下面部に配置される第２ＵＶ反射層の少なくとも１つを備え、
前記底蓋と前記基板との間には、真空に耐えうるシーリングが施されている請求項１４に記載のメソポア多孔質体ガスセンサシステム。
【請求項１６】
さらに、前記第１ガス流路、及び前記第２ガス流路に接続される真空ポンプと、
前記第１ガス流路、又は前記第２ガス流路と真空ポンプとの接続経路に配置されるバルブ、及び真空計と、を有し、
前記真空ポンプにより、前記ガス検知部の真空引き、及び前記検知対象ガスのガス置換を行う請求項１５に記載のメソポア多孔質体ガスセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メソポア多孔質体ガスセンサ用基板、メソポア多孔質体ガスセンサ、メソポア多孔質体ガスセンサシステム及びに係り、詳しくは、マクロポアサイズの直径からなる複数の貫通細孔を有するメソポア多孔質体ガスセンサ用基板、この基板を用いるメソポア多孔質体ガスセンサ、及びこのガスセンサを有するメソポア多孔質体ガスセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ソリッド又は中実な基板上にナノチューブからなるガス検知部、及び一対の電極を搭載し、一対の電極間の電気的特性を計測することにより検知対象ガスの濃度を計測するガスセンサが提案されている（非特許文献１参照）。
また、このようなガスセンサのガス検知部の構造を改善することにより、測定精度や感度の向上がなされたガスセンサ（特許文献１、及び２参照）も提案されている。
非特許文献１では、このようなガスセンサでは、ガス感知体が、メソポア多孔質体組織を有し、ガス接触面積は大きく、また、水素ガス濃度が０．１％、１％、及び１０％のとき、測定値を得るための電流変化が飽和値の９０％になるのに、それぞれ大凡１８０秒、４２０秒、及び１６００秒程度かかることが開示されている。
【０００３】
特許文献１においては、発熱体を有した絶縁基板上に金属酸化物半導体を形成した半導体式ガスセンサ感ガス部に於いて貫通穴を有することを特徴とする半導体式ガスセンサが開示されている。
特許文献１では、半導体式ガスセンサの感ガス部の構造を改善することにより低消費電力化及び測定精度の向上を図ることができるとしている。
また、特許文献２は、基板と、基板に設けられた一対の電極と、一対の電極に接するように設けられたガス感知部と、ガス感知部の温度を制御するためのヒータと、を備え、ガス感知部は、酸化物半導体を含む隔壁部と、隔壁部に囲まれた空隙部とを有する多孔体１０７を含むガスセンサを開示している。基板には、ヒータ、及びガス感知部と重なる貫通孔が設けられている
特許文献２では、感度に優れたガスセンサを提供することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１６０３２２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７３９４６号公報
【０００５】
【非特許文献１】Kimura et al. Sensors and Actuators B 177 (2013)1156
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、非特許文献１に開示のガスセンサでは、ガス感知体が、メソポア多孔質体組織を有し、ガス接触面積は大きいが、ガス感知体の一端が閉塞しているために、通気性を欠き、検知対象ガスの感知体内部浸透に時間がかかるという問題があった。このため、このガスセンサでは、水素ガス濃度が０．１％、１％、及び１０％のとき、電流変化が飽和値の９０％になるのに、それぞれ大凡１８０秒、４２０秒、及び１６００秒程度と長く、測定に時間を要するという問題があった。このため、ガスセンサの感知時間、したがって測定に要する時間の短縮が期待されている。
また、特許文献１に開示のガスセンサでは、ガス感受部昇温ヒータの使用エネルギ抑制で低消費電力化のための感ガス部の熱容量の低減、及び真のガス濃度測定ができなくなるケースの回避のための測定対象ガスへの外乱の低減を図るために、感ガス部の基板に複数の貫通孔を設けている。即ち、この複数の貫通孔は、基板の熱容量を減らすためのものであり、またガスの流路が極端に細かったり、ガス流速が極端に早い場合の測定を可能とするためのものである。
このため、特許文献１に開示のガスセンサでは、基板に設けた複数の貫通孔の孔径は、熱容量を減らせるだけの大きなサイズが必要であるし、複数の貫通孔が設けられた基板の片面、従って複数の貫通孔の開口をヒータで塞ぐ構造であり、ガス感知体のガス感知のための表面積を増加することに繋がらず、感知時間や測定時間の短縮に寄与しないという問題がある。また、このようなガスセンサでは、製造の簡便化、及び低コスト化が図れないという問題もある。
【０００７】
また、特許文献２に開示のガスセンサも、基板上に絶縁膜を介して設けられたヒータ上に絶縁膜を介してガス感知部を載置する構造であり、ガス感知部は、基板に垂直に設けられ、ガス流路は、ガス感知部に垂直であるが、従来同様に基板表面と平行であり、ガス感知部の空隙部は、ガス流路平行である。また、ヒータの熱を基板に逃がさないために、基板にヒータサイズの貫通孔を設けている。
このため、ガス感知部は、一定の大きさを持つ隔壁部を持つことになり、薄膜化できないという問題がある。また、基板に貫通孔があっても、ヒータがあるために、ガスを基板側に流すことができないという問題もある。また、このようなガスセンサでは、製造の簡便化、及び低コスト化が図れないという問題もある。
【０００８】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決するものであって、感知時間、したがって測定に要する時間を短縮することができ、製造の簡便化、及び低コスト化を図ることができるメソポア多孔質体ガスセンサ、このメソポア多孔質体ガスセンサを搭載するためのメソポア多孔質体ガスセンサ用基板、及びこのメソポア多孔質体ガスセンサを組込んだガスセンサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板は、メソポア多孔質体組織からなり、検知対象ガスを検知するためのガス検知部と、ガス検知部に設けられる一対の電極とを有し、一対の電極間の電気的特性を計測することにより検知対象ガスの濃度を計測するメソポア多孔質体ガスセンサに用いられるメソポア多孔質体ガスセンサ用基板であって、一方の面側から他方の面側まで貫通するマクロポアサイズの直径からなる複数の細孔を有し、基板の一方の面側に搭載したガス検知部の一方の面から進入した検知対象ガスが、基板の一方の面側にあるガス検知部の他方の面に到達し、続いて基板の一方の面側から複数の細孔を通過して他方の面側まで通り抜け、外部に至ることを特徴とする。
【００１０】
ここで、基板の一方の側から他方の側まで貫通する複数の細孔の貫通方向の長さは、基板の厚みより短いことが好ましい。
また、基板は、その一方の側に設けられた第１凹部を有し、複数の細孔は、第１凹部の表面から基板の他方の側まで貫通することが好ましい。
また、基板は、その他方の側に設けられた第２凹部を有し、複数の細孔は、基板の一方の側から第２凹部の表面まで貫通することが好ましい。
また、複数の細孔の孔サイズは、５０ｎｍ〜２０μｍであり、複数の細孔の内の隣接する細孔間の距離は、５０ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２の態様のメソポア多孔質体ガスセンサは、上記第１の態様のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板と、基板の一方の面側に搭載され、メソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体からなり、検知対象ガスを検知するためのガス検知部と、ガス検知部に離間して配置される一対の電極と、とを有し、一対の電極間の電気的特性を計測することにより検知対象ガスの濃度を計測することを特徴とする。
【００１２】
ここで、ガス検知部のメソポア多孔質体感知体は、ＴｉＯ２材料からなることが好ましい。
また、基板が、その一方の側に設けられた第１凹部を有し、複数の細孔は、第１凹部の表面から基板の他方の側まで貫通している時、ガス検知部は、第１凹部に積層されていることが好ましい。
また、ガス検知部は、一方の面から他方の面まで貫通するマクロポアサイズの直径からなり、それぞれ基板の複数の細孔に連通する複数の第２細孔を有することが好ましい。
また、ガス検知部の複数の第２細孔は、それぞれ基板の複数の細孔に一致する細孔であることが好ましい。
また、ガス検知部のメソポア多孔質体組織の孔部の孔サイズは、２ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましく、１０ｎｍ〜２０ｎｍであることがより好ましい。
また、基板の複数の細孔の孔サイズは、ガス検知部のメソポア多孔質体組織の孔部の孔サイズの１０倍〜１０００倍であることが好ましい。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明の第３の態様のメソポア多孔質体ガスセンサシステムは、上記第２の態様のメソポア多孔質体ガスセンサと、メソポア多孔質体ガスセンサの基板に搭載されたガス検知部及び一対の電極を覆い、基板上の載置される上蓋と、を有し、上蓋は、基板に搭載されたガス検知部に連通する第１ガス流路、基板に搭載された一対の電極に接続された第１電極取り出し経路、及びその上面部に配置される第１ＵＶ反射層の少なくとも１つを備え、上蓋と基板との間には、真空に耐えうるシーリングが施されていることを特徴とする。
【００１４】
ここで、さらに、ガスセンサの基板の他方の面がその上に載置される底蓋、を有し、
底蓋は、基板の複数の細孔に連通する第２ガス流路、基板に搭載された一対の電極に接続された第２電極取り出し経路、及びその下面部に配置される第２ＵＶ反射層の少なくとも１つを備え、底蓋と基板との間には、真空に耐えうるシーリングが施されていることが好ましい。
また、さらに、第２ガス流路に接続される真空ポンプと、第２ガス流路と真空ポンプとの接続経路に配置されるバルブ、及び真空計と、を有し、真空ポンプにより、ガス検知部の真空引き、及び検知対象ガスのガス置換を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、感知時間、したがって測定に要する時間を短縮することができ、製造の簡便化、及び低コスト化を図ることができる。
詳しくは、本発明によれば、メソポア多孔質体感知体からなるガス検知部によって検知対象ガスの濃度を短い感知時間、したがって測定時間で計測することができ、製造の簡便化、及び低コスト化が図られたメソポア多孔質体ガスセンサを提供できるという効果を奏する。
また、本発明によれば、マクロポアサイズの直径からなる複数の貫通細孔を有することにより、メソポア多孔質体感知体からなるガス検知部を搭載した際に、その感知時間、したがって測定に要する時間を短縮することができ、メソポア多孔質体感知体の搭載方法の容易さから製造の簡便化、及び低コスト化を図ることができるメソポア多孔質体ガスセンサ用基板を提供できるという効果を奏する。
また、本発明によれば、このメソポア多孔質体ガスセンサを組込み、メソポア多孔質体ガスセンサ用基板の上蓋、好ましくは底蓋を備えたメソポア多孔質体ガスセンサシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るメソポア多孔質体ガスセンサシステムを模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示すメソポア多孔質体ガスセンサシステムに用いられる本発明のメソポア多孔質体ガスセンサを模式的に示す斜視図である。
【図３】図２に示すメソポア多孔質体ガスセンサに用いられる本発明のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板の要部を模式的に示す断面図である。
【図４】図２に示すメソポア多孔質体ガスセンサの要部を模式的に示す断面図である。
【図５】図４に示すメソポア多孔質体ガスセンサのガス検知部に用いられるメソポア多孔質体検知体の一例の図面代用顕微鏡写真である。
【図６】図５に示すメソポア多孔質体検知体の図面代用拡大顕微鏡写真である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るメソポア多孔質体ガスセンサの要部を模式的に示す断面図である。
【図８】図１に示すメソポア多孔質体ガスセンサシステムに用いられる上蓋を模式的に示す斜視図である。
【図９】図１に示すメソポア多孔質体ガスセンサシステムに用いられる下蓋を模式的に示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るメソポア多孔質体ガスセンサを模式的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るメソポア多孔質体ガスセンサを模式的に示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すメソポア多孔質体ガスセンサの模式的上面図である。
【図１３】図１２に示すメソポア多孔質体ガスセンサの要部を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係るメソポア多孔質体ガスセンサの要部を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態に係るメソポア多孔質体ガスセンサ用基板、メソポア多孔質体ガスセンサ、及びメソポア多孔質体ガスセンサシステムを添付の図面に示す好適実施形態を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るメソポア多孔質体ガスセンサシステムを模式的に示す断面図である。図２は、図１に示すメソポア多孔質体ガスセンサシステムに用いられる本発明のメソポア多孔質体ガスセンサを模式的に示す斜視図である。図３は、図２に示すメソポア多孔質体ガスセンサに用いられる本発明のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板の要部を模式的に示す断面図である。図４は、図２に示すメソポア多孔質体ガスセンサの要部を模式的に示す断面図である。
なお、本願において、図面は、本発明を説明するための図面であり、各構成要素の説明に適するように各図面毎、及び各構成要素毎に拡大されたり、強調されたりしており、実際の寸法とは異なるものである。また、図面に示される実施例は本発明のほんの一例であり、本発明はこれらの図面に記載された実施例に限定されないことは勿論である。
【００１８】
図１に示す本実施形態のメソポア多孔質体ガスセンサシステム（以下、単にガスセンサシステムともいう）１０は、本発明のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板（以下、単に基板ともいう）１２を有するメソポア多孔質体ガスセンサ（以下、単にガスセンサともいう）１４と、ガスセンサ１４の基板１２の上面に取り付けられる上蓋１６と、基板１２の底面に取り付けられる底蓋１８と、底蓋１８のガス出口流路（排出路）１８ｂに接続される配管２２に取り付けられるバルブ２４、真空計２６、及び真空ポンプ２８とを有する。
図２に示すように、本実施形態のガスセンサ１４は、基板１２と、基板１２の一方の面側の上面に搭載される、メソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体（以下、単に感知体ともいう）からなるガス検知部３０と、ガス検知部３０に離間して配置される一対の電極３２、３２と、を有する。
図２及び図３に示すように、基板１２は、直方体形状を成し、上面中央にガス検知部３０を形成するための直方体形状の第１の凹部１２ａを有し、凹部１２ａの底部には基板１２の底面まで貫通する複数の細孔３４を有する。なお、基板１２、及び凹部１２ａの形状は直方体に限定されないのは言うまでもない。
【００１９】
この複数の細孔３４は、基板１２の一方の面側、即ち上面側から他方の面側、即ち底面側まで貫通するマクロポアサイズの直径からなる細孔である。
マクロポアサイズの複数の細孔３４を持つ基板１２を用いることにより、ガス検知部３０の内部の検知対象ガス（以下、単にガスともいう）のガス通気性の向上を図る、即ち、ガス検知部３０のメソポア多孔質体組織の感知体の通気性を向上させることができる。本発明のガスセンサ１４は、このような基板１２の上にポアサイズ２ｎｍ以上、５０ｎｍ未満のメソポア多孔質体感知体をセンサ材料として搭載することにより、基板１２に垂直方向のガス流れコンダクタンスが増大することで、ガス検知部３０の片面から進入した検知対象ガスがガス検知部３０の反対面に到達し易くなるものである。また、ガスセンサ１４では、メソポア多孔質体センサ材料である感知体内部のガス拡散コンダクタンスの増大とガス拡散距離の短縮が図られることから、感知時間、即ちガス検出時間が短くなり、本発明の課題が解決できる。
このように、検知対象ガスのガス検知部３０の感知体内部への流入しやすさ及びその量の増大、検知対象ガスとガス検知部３０の感知体の接触面積の増大、並びにガス検知部３０のガス感知体内部でのガス拡散パスの短縮を図ることができる。こうすることにより、本発明のガスセンサ１４では、検知対象ガスとガス検知部３０の感知体との反応時間、したがって感知時間又は測定時間を、例えば、数百秒〜数千秒から数秒〜数十秒にまで短縮することができる。
【００２０】
ここで、細孔３４の形状、孔サイズ、数、配列規則性、及び隣接する孔間距離については、本発明では特に制限的ではないが、以下のように例示できる。
まず、図２に示すように、基板１２の複数の細孔３４の形状、例えば中心線に垂直な断面形状は、円形であるが、本発明は特に制限的ではなく、例えば正三角形、正方形、正五角形、又は正六角形等の正多角形、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、２等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。細孔３４の形状が円形以外の場合の細孔３４のサイズは、その形状を円形に近似した時の直径、例えばその面積と同じ面積の円の直径とすれば良い。
次に、細孔３４の孔サイズ、及び孔間距離は、ガス検知部３０のメソポア多孔質体感知体のメソポア多孔質体の孔のサイズの１０倍〜１０００倍程度とすることが好ましい。なお、これらの比は、１０倍〜１００倍程度であっても良い。細孔３４の孔サイズ、及び孔間距離の組み合わせとしては、ガス検知部３０のメソポア多孔質体感知体に求められる表面積増分に応じて設定すればよい。
具体的には、細孔３４の孔サイズａは、マクロポアサイズの直径を持つものであれば特に制限的ではなく、例えば、直径で５０ｎｍ以上の大きさを持つものであれば良い。ここで、細孔３４の孔サイズａ、すなわちポアサイズは、直径で５０ｎｍ〜２０μｍであることが好ましく、１００ｎｍ〜２μｍであることがより好ましい。なお、ポアサイズは、１００ｎｍ〜１μｍであっても良い。
【００２１】
基板１２に形成される細孔３４の貫通方向の長さは、特に制限的ではないが、基板１２の厚みより短いことが好ましい。即ち、図２に示すように、基板１２の中央に凹部１２ａを設け、凹部１２ａにガス検知部３０を設けることにより、細孔３４の貫通方向の長さを基板１２の厚みより短くすることができる。こうすることにより、ガス検知部３０の感知体の構造強度を担保することができる。また、ガスセンサ１４の製造工程を減少させることができ、装置コスト、及びプロセスコストを低減させることができる。更に、製法の簡便性、及びシンプルさを向上させることができる。
なお、後述する図１０に示すように、基板２０の底面中央に直方体形状の凹部２０ｂを設けて、細孔３４の貫通方向の長さを基板２０の厚みより、更に短くすることもできる。
なお、本発明においては、上蓋１６の中央に凹部１６ａ（後述する図８参照）を設け、基板１２の上面の中央にそのままガス検知部３０を設けて、細孔３４の貫通方向の長さを基板１２の厚みに等しくしても良いことは勿論である。
【００２２】
一方、複数の細孔３４の内の隣接する細孔３４間の距離、即ち孔間距離ｂは、特に制限的ではなく、例えば、５０ｎｍ〜１０μｍであることが好ましく、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであることがより好ましい。なお、孔間距離ｂは、１００ｎｍ〜５００ｎｍであっても良い。
複数の細孔３４は、このような孔サイズａ及び／又は孔間距離ｂを持つことにより、特に、ガス検知部３０の感知体のメソポア多孔質体組織の通気性を向上させ、検知対象ガスとガス検知部３０の感知体の接触面積を増大させ、ガス検知部３０のガス感知体内部でのガス拡散パスを短縮させることができる。
細孔３４の数は、特に制限的ではなく、検知対象ガスの量に応じて設定すればよい。
また、細孔３４の配列規則性も、感知精度、測定精度の点からは高い方が好ましいが、特に制限的ではなく、ランダム配列であっても良い。
【００２３】
基板１２の形状、大きさ、及び厚さも、特に制限的ではないが、例えば、形成が困難でないアスペクト比１０で、厚さ２００μｍの基板であれば良い。
基板１２の材料としては、メソポア多孔質体感知体からなるガス検知部３０を搭載できれば、特に制限的ではなく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、石英、アルミナ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、プラスチック、及びポリカーボネート等を挙げることができる。この中で、基板としては、耐熱性や高生産性の点からは、シリコン基板が好ましい。
シリコン基板のように導電性を有する場合、必要に応じ、表面を絶縁処理してもよい。例えば、シリコン基板の場合、表面を熱酸化処理して、表面のＳｉをＳｉＯ２にし、絶縁処理する方法がある。
このように、導電性のある基板を用いる場合には、基板１２と、ガス検知部３０のガス感知体との間に絶縁層を形成しても良いし、搭載しても良いし、挿入してもよい。
【００２４】
本発明では、ドライエッチングで基板１２に段を形成して凹部１２ａを形成するとともに、その後、複数の貫通細孔３４の穿孔を行う。
即ち、本発明においては、基板１２に対してマスクを使いドライエッチングにより、基板１２に凹部１２ａを形成することができるし、基板１２に複数の細孔３４を穿孔することができる。このため、本発明では、基板１２に凹部１２ａ、及び複数の細孔３４を正確に、かつ簡便に形成することができる。特に、複数の細孔３４を基板１２に穿孔する場合には、貫通する細孔のモフォロジーを酸化反応に委ねるしかない陽極酸化と違って、細孔３４の形状、配列、及び分散等を任意に、あるいは幾何学的に行うこともでき、設計可能性が向上するという効果もある。
【００２５】
基板１２における複数の貫通細孔３４の穿孔は、以下のようにして行うことができる。
基板１２における複数の貫通細孔３４は、例えば、ボッシュプロセスと呼ばれるプロセス、又はボッシュ社と住友精密工業株式会社が共同開発したＡＳＥ（Advanced Silicon Etch）プロセス等の深堀りプロセスを用いて形成することができる。
例えば、シリコンを基板１２に用いる場合、面方位が（１００）で、厚さ２００μｍ等のシリコン基板を、硫酸過水、希フッ酸等で洗浄し、シリコン基板の両面に熱酸化等の方法により、シリコン酸化膜を成膜する。このうちの片面のシリコン酸化膜は、シリコンをエッチングするときのマスクとして使用するために、フォトリソグラフィとエッチング、即ち、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液、及びレジストによるパターニングにより、除去する。そして、シリコンのエッチング液である水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等を用いて、９０℃加熱のもと、パターニングしたシリコン酸化膜の側から反対側のシリコン酸化膜が露出するまでシリコン基板をエッチングする。ＴＭＡＨの一製品である、例えばＴＭＡＨ−２５（東洋合成工業製）の使用により、約６時間で、厚さ２００μｍのシリコンウエハを貫通でき、最後に、パターニングしたシリコン酸化膜をフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合溶液でエッチングし除去する。
【００２６】
図１、図２、及び図４に示すように、ガスセンサ１４のガス検知部３０は、基板１２の上面側、図示例では基板１２の凹部１２ａ内に積層して搭載され、メソポアサイズ、即ち２ｎｍ以上、かつ５０ｎｍ未満の多数の貫通孔を有するメソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体、即ちメソポア多孔質な組織を有する粒状物の連続相よりなる感知体からなり、検知対象ガスを検知するためのものである。
ガスセンサ１４のガス検知部３０は、基板１２のマクロポアサイズの複数の細孔３４に対応して設けられ、かつ複数の細孔３４と連通するマクロポアサイズ、好ましくは同一孔サイズの複数の細孔３６を有する。即ち、対応する１つの細孔３４と１つの細孔３６とは一体化した１つの貫通孔となっている。このため、基板１２の貫通細孔３４の直上には、検知対象ガスを感知するメソポア多孔質体感知体（以下、ガス感知体ともいう）が存在しない。
このため、上述した基板１２の複数の貫通細孔３４の効果に加えて、以下の効果も奏する。ガス検知部３０ガス感知体内に新たに設けられた貫通細孔３６の内側の側面の表面積増分だけ検知対象ガスとガス感知体の接触面積の増大が図られると共に、貫通細孔３６の流路壁面からガス感知体内部に向かうガスの拡散距離は、隣り合う貫通細孔３６の流路壁面の間の距離以下になることから、貫通細孔３６のない場合（後述する図７参照）にガス感知体表面からのガス拡散しか期待できなかった場合に比べ、大幅に拡散距離が短縮される。この結果、貫通細孔３６を設置しない場合に比べて、従来技術と異なる技術的課題を解決して、従来技術と異なる目的を達成し、異なる効果を得ている。
【００２７】
細孔３６の形状、孔サイズ、数、配列規則性、及び隣接する孔間距離については、特に制限的ではないが、上述した細孔３４と同様である。なお、基板１２の細孔３４とガス検知部３０の細孔３６とは、完全に一致していることが好ましいが、少なくとも連通していれば、完全に一致していなくても良い。また、基板１２の複数の細孔３４とガス検知部３０の複数の細孔３６とは、全てが連通している方が好ましいが、一部が一致したり、連通したりしているだけでも良い。
ところで、本発明においては、ガス検知部３０において、例えば、ガス検知部３０（のガス感知体）の厚さが、円形の細孔３６の内径又は正六角形の細孔３６の対辺間の距離の５倍の時、細孔３６の内周壁面の面積は、２０倍となる。また、細孔３６が正六角形で、例えば、細孔３６の対辺間の距離が細孔３６間の距離の２倍の時、表面積は、７．６倍になるし、ガスの最長拡散距離は１／２０に短縮される。
これらの結果から、明らかなように、本発明においては、検知対象ガスの感知時間を大幅に短縮できることが分かる。
【００２８】
ガス検知部３０に用いられるメソポア多孔質体感知体としては、メソポア多孔質体組織を持ち、ガス検知が可能な材料からなるものであれば、特に制限的ではない。このような材料としては、例えば、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化クロム、酸化タングステン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化銅、二酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、炭化ケイ素、硫化カドミウム、カーボンナノチューブ、カーボンナノケージ、及び陽極酸化された金属膜からなる群から選択される１種または２種以上の材料等を挙げることができ、好ましくはＴｉＯ２材料、例えば粒径２０ｎｍ程度の高透明性・高活性チタニア粒子（分散液、ペースト）（大阪瓦斯（株）製）等を挙げることができる。なお、メソポア多孔質体感知体としては、検知対象ガスに応じて適切なガス感知体材料を選ぶことが好ましい。例えば、水素の場合にはＴｉＯ２材料等が好ましい。
【００２９】
ガス検知部３０に用いられるメソポア多孔質体感知体には、検出対象ガスの感知選択性向上、感度向上、及び妨害ガスの感度抑制のために触媒を担持してもよい。用いる触媒としては、白金やパラジウム等の貴金属、銅、バナジウム、モリブデン等の酸化物を挙げることができる。触媒を担持する方法としては、液相法やＣＶＤ法が挙げられる。
本発明において対象とする検知対象ガスとしては、本発明において用いられるメソポア多孔質体感知体で検知可能なガスであれば、特に制限的ではなく、例えば、ＬＰＧ（プロパンガス）、メタン、水素、一酸化炭素、アルコール、硫化水素、アンモニア、その他の可燃性ガス、フロンガス、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、ＧｅＨ４、ＮＦ３、及び毒性ガス等があげられる。 
【００３０】
ガス検知部３０を基板１２の凹部１２ａ内に形成するには、ＴｉＯ２材料を分散媒に分散させたチタニア分散液とバインダ樹脂と混合したチタニア塗布液、又はペースト状にしたチタニアペーストを凹部１２ａに塗布し、乾燥させて製造する。
ここで、ガス検知部３０の製造方法としては、例えば、塗布液を薄塗りして多層塗りして積層する方法や、スキージでペースト等を塗るスキージ法やスクリーン印刷や、分散媒希釈してスピンコータ―を応用する方法等を挙げることができる。ここで、スキージ法やスクリーン印刷は、簡便で、装置はシンプルで安価であり、真空成膜や陽極酸化によるガス感知体の成膜に比べ、扱い易く、安価であり、スループットも大であり、手間も少ないという特徴を有する。この他、チタニア塗布液、又はチタニアペーストを塗布後、分散媒乾燥後、又は焼成後に成形してガス検知部３０を製造しても良い。
ここで、分散媒としては、粒径２０ｎｍ程度のチタニア粒子を分散できるものであれば、特に制限的ではなく、従来公知の分散媒を用いることができるが、例えば、テルピネオールや、エタノール等を挙げることができる。
また、バインダ樹脂としては、粒径２０ｎｍ程度のチタニア粒子を含むメソポア多孔質体感知体の被膜を形成するための塗布液やペーストを形成できるものであれば、特に制限的ではなく、従来公知のバインダ樹脂を用いることができるが、例えば、エチルセルロース等を挙げることができる。
【００３１】
なお、基材、例えば凹部１２ａにチタニアペーストを塗る際に、チタニアペーストの粘度の制御と基板１２に設けるマクロポアの孔径選択の組み合わせでガス感知体のメソポア多孔質体組織を制御することが好ましい。例えば、ペーストの粘度や塗布温度を選択する他、エアブロー等の処置等により、基材（凹部１２ａ）に設けた基板１２のマクロポア（貫通細孔３４）の上部のペーストの有無（図４、及び後述する図７参照）や、貫通細孔３４内へのペーストの入り込みの多寡を調節することが好ましい。ここで、好適な粘度や温度は、基材（凹部１２ａ）に設けた貫通細孔３４の内径サイズとの兼ね合いで選択するのが良い。
例えば、低粘度ペースト重ね塗りしても良いし、高粘度ペーストで塗っても良いし、それらの際に、乾燥中に下方向からエアブローを行っても良いし、後述する図７に示す場合には、中粘度ペーストで塗ってペーストを貫通細孔３４に入り込ませても良い。
また、チタニア（ＴｉＯ２）及び分散媒に加えるバインダ樹脂の比率を変えて、ガス検知部３０のメソポア多孔質体感知体の空隙率を制御しても良い。例えば、バインダ樹脂の比率を上げて、ガス検知部３０のメソポア多孔質体感知体の空隙率を大きくしても良い。
【００３２】
こうして得られたガス検知部３０のメソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体を図５及び図６に示す。
図５は、原料として、粒径２０ｎｍ前後のチタニア（ＴｉＯ２）粒子を用いたチタニア分散液とバインダとを用い、スクリーン印刷によって製造された膜厚２μｍ、孔サイズ１０ｎｍ〜２０ｎｍのガス検知部３０のメソポア多孔質体ガス感知体の顕微鏡写真である。図６は、その拡大写真である。
図５及び図６から明らかなように、バインダ樹脂によってチタニア粒子が接合されると共に、チタニア粒子間の隙間、及びチタニア粒子とバインダ樹脂との隙間が、孔径１０ｎｍ〜２０ｎｍの孔部を形成していることが分かる。即ち、メソポア多孔質体感知体は、メソポア多孔質な組織を有する粒状物の連続相からなるものであるということができる。
【００３３】
次に、一対の電極３２、及び３２は、両電極３２間の電気的特性を計測するためのものである。こうして計測された両電極３２間の電気的特性から検知対象ガスの濃度を計測する。
一対の電極３２、及び３２は、その間にガス検知部３０の最も多くのガス感知体を含むように、ガス検知部３０の長方形状の表面の対角線の両端に設けられている。なお、ガス検知部３０における一対の電極３２、及び３２が設けられた部位以外の箇所については、貫通孔３４が設けられていない部位をなるべく減らす方が、感知時間の一層の短縮を図る上では好ましい。
ここで、電極３２としては、特に制限的ではなく、従来公知の電極材料を用いることができ、従来公知の形成方法によって形成すればよい。
【００３４】
図１、図２、及び図４に示すガスセンサ１４においては、ガス検知部３０は、基板１２のマクロポアサイズの複数の細孔３４に対応し、かつ連通するマクロポアサイズの複数の細孔３６を有するものであったが、本発明はこれに限定されず、メソポア多孔質体感知体からなるものであれば、マクロポアサイズの複数の細孔３６を有しないものであっても良い。
図７に示すガスセンサ１４ａは、マクロポアサイズの複数の貫通細孔３４を有する基板１２と、メソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体からなり、基板１２の上面に搭載されたガス検知部３０ａを備える。ここで、ガス検知部３０ａのガス感知体は、基板１２の複数の細孔３４を塞ぐことが無ければ、少々貫通細孔３４内に入り込んでいても良い。
【００３５】
図７に示す例においても、ガスセンサ１４ａ、及びガス検知部３０ａは、上述したガスセンサ１４、及びガス検知部３０と同様な効果を奏する。即ち、ガスセンサ１４ａにおいても、検知対象ガスのガス検知部３０ａの感知体内部への流入し易さ、及びその量の増大、検知対象ガスとガス検知部３０ａの感知体の接触面積の増大、並びにガス検知部３０ａのガス感知体内部でのガス拡散パスの短縮を図ることができる。こうすることにより、このガスセンサ１４ａでは、検知対象ガスとガス検知部３０ａのガス感知体との反応時間、したがって感知時間又は測定時間を、例えば、数百秒〜数千秒から数秒〜数十秒にまで短縮することができる。
また、図７に示すガスセンサ１４ａでは、ガス検知部３０ａは、より簡便な方法で製造することができる。
【００３６】
図１及び図８に示すように、上蓋１６は、直方体形状を成し、ガスセンサ１４、又は１４ａ（以下、１４で代表する）の基板１２の上面に取り付けられるものである。上蓋１６は、凹部１６ａと、ガス入口流路１６ｂと、２本の配線路１６ｃ、１６ｃとを有する。なお、上蓋１６は、図１と図８とでは、１８０度回転させた状態で記載されている。
凹部１６ａは、直方体形状を成し、上蓋１６の底面の中央に設けられており、凹部１６ａの天井には格子１６ｄが形成されている。凹部１６ａは、ガス入口流路１６ｂから流入した検知対象ガスを一時的に貯留し、基板１２の凹部１２ａに形成されたガス検知部３０及びその複数の貫通細孔３６を通過させ、基板１２の複数の貫通細孔３４を流下させるためのものである。このため、凹部１６ａは、少なくとも基板１２の複数の貫通細孔３４に対応する位置、即ち凹部１２ａに形成されたガス検知部３０の複数の貫通細孔３６対応する位置を全て含む大きさの直方体形状である必要がある。したがって、凹部１６ａのサイズは、基板１２の凹部１２ａよりも小さいサイズでも良いし、同じサイズでも大きいサイズでも良い。
なお、基板１２の凹部１２ａが深く、ガス検知部３０の上側に必要なガス貯留空間が設けられる場合には、上蓋１６の凹部１６ａは、設けなくても良い。
格子１６ｄは、詳細は後述するが、ガス検知部３０に入射されるＵＶ光（紫外線）の方向を色々な方向にするために設けられるものである。
また、上蓋１６の底面と基板１２の上面とは、ガス入口流路１６ｂと、２本の配線路１６ｃ、１６ｃとを除いて、真空に耐えうるシーリングが施されている。ガス入口流路１６ｂは、図示しない検知対象ガス源と気密に接続されており、２本の配線路１６ｃ、１６ｃも、別途真空に耐えうるシーリングが施されている。
【００３７】
ガス入口流路１６ｂは、断面４角形の小さい溝であり、凹部１６ａの一方の側（上蓋１６の長手方向の一方の側：図８中右側：図１中左側）の上蓋１６に設けられている。ガス入口流路１６ｂは、凹部１６ａを外部に連通するガス流路であって、直接又は図示しない配管を介して図示しない検知対象ガス源に接続されるものである。ガス入口流路１６ｂの大きさは、感知するのに必要な量の検知対象ガスを流入できるサイズであれば良い。ガス入口流路１６ｂは、凹部１６ａに連通していれば、どこに、又どの方向に設けられていても良い。
なお、図示例では、ガス入口流路１６ｂは、上蓋１６のみに設けられているが、本発明はこれに限定されず、上蓋１６及び基板１２の両方の同じ位置に溝を設けて１つのガス入口流路となるようにしても良いし、基板１２のみにガス入口流路を設けても良い。
【００３８】
２本の配線路１６ｃ、及び１６ｃは、ガスセンサ１４に設けられた２つの電極３２、及び３２にそれぞれ接続された図示しない配線を通して外部に引き出し、２つの電極３２、及び３２の間の電気的特性を計測する図示しない計測装置に接続するための通路である。２本の配線路１６ｃ、及び１６ｃは、それぞれ断面４角形の小さい溝であり、図８に示す例では、凹部１６ａの短手方向の両側（上蓋１０）の短手方向の両側：図８中手前側と奥側の両方）の上蓋１６に設けられている。なお、２本の配線路１６ｃ、及び１６ｃの引出方向は、図示例に限定されず、同じ方向に引き出しても良いし、異なる方向に引き出しても良い。２本の配線路１６ｃ、及び１６ｃのそれぞれ大きさは、図示しない配線を通すことができるサイズであれば良い。
なお、図示例では、２本の配線路１６ｃ、及び１６ｃは、上蓋１６のみに設けられているが、本発明はこれに限定されず、上蓋１６及び基板１２の両方の同じ位置に溝を設けてそれぞれの配線路となるようにしても良いし、基板１２のみに２本の配線路を設けても良い。
【００３９】
図１及び図９に示すように、底蓋１８は、直方体形状を成し、ガスセンサ１４、又は１４ａ（以下、１４で代表する）の基板１２の底面に取り付けられるものである。底蓋１８は、凹部１８ａと、ガス出口流路１８ｂとを有する。
凹部１８ａは、直方体形状を成し、底蓋１８の底面の中央に設けられている。凹部１８ａは、基板１２の凹部１２ａに形成されたガス検知部３０及びその複数の貫通細孔３６を通過し、基板１２の複数の貫通細孔３４を流下して、複数の貫通細孔３４から排出された検知対象ガスを一時的に貯留し、ガス出口流路１８ｂから外部に流出させるためのものである。このため、凹部１８ａは、少なくとも基板１２の複数の貫通細孔３４に対応する位置を全て含む大きさの直方体形状である必要がある。したがって、凹部１８ａのサイズは、基板１２の凹部１２ａよりも小さいサイズでも良いし、同じサイズでも大きいサイズでも良い。
なお、後述する図１０に示す基板２０の底面に凹部２０ｂが設けられており、必要なガス貯留空間となっている場合には、底蓋１８の凹部１８ａは、設けなくても良い。
【００４０】
ガス出口流路１８ｂは、断面４角形の小さい溝であり、凹部１８ａの一方の側（底蓋１８の長手方向の一方の側：図１及び図９中右側）の底蓋１８に設けられている。ガス出口流路１８ｂは、凹部１８ａを外部に連通するガス流路であって、配管２２を介してバルブ２４、真空計２６、及び真空ポンプ２８に接続されるものである。ガス出口流路１８ｂの大きさは、必要な量の検知対象ガスを排出できるサイズであれば良い。ガス出口流路１８ｂは、凹部１８ａに連通していれば、どこに、又どの方向に設けられていても良い。
なお、図示例では、ガス出口流路１８ｂは、底蓋１８のみに設けられているが、本発明はこれに限定されず、底蓋１８及び基板１２の両方の同じ位置に溝を設けて１つのガス出口流路となるようにしても良いし、基板１２のみにガス出口流路を設けても良い。
なお、底蓋１８の上面と基板１２の底面とは、ガス出口流路１８ｂを除いて、真空に耐えうるシーリングが施されている。ガス出口流路１８ｂは、配管２２を介して真空ポンプ２８に接続されている。
【００４１】
上述した例では、２つの電極３２、及び３２は、ガス検知部３０の上側に設けられていたが、本発明はこれに限定されず、図１０に示すように、基板２０の凹部２０ａの底面に設け、２つの電極３２、３２、及び凹部２０ａの底面の上に図示しないガス感知体を搭載して図示しないガス検知部を設けても良い。
基板２０は、基板１２と同様の構成を有するものであるので、類似している点の詳細な説明は省略して、主に相違点の説明を行う。
基板２０においては、基板１２の凹部１２ａと同様に、上面中央に凹部２０ａが設けられ、その中央には、複数の貫通細孔３４が設けられている。この凹部２０ａの複数の貫通細孔３４の外側で、凹部２０ａの長方形状の底面の対角線の両端に一対の電極３２、及び３２が設けられている。このため、一対の電極３２、及び３２に接続されるそれぞれの配線を外部に引き出すための２本の配線路２０ｃ、及び２０ｃが、凹部２０ａの短手方向の両側（基板２０の短手方向の両側：図１０中手前側と奥側の両方）の基板２０に設けられている。なお、基板２０の凹部２０ａには、基板１２の凹部１２ａと同様に、ガス検知部３０が設けられる。
このような基板２０の上面を覆う上蓋としては、上述した上蓋１６から２本の配線路１６ｃ、及び１６ｃを除いたものを用いれば良い。
【００４２】
また、図１０に示す基板２０においては、その底面に凹部２０ｂが設けられている。また、ガス出口流路２０ｄが、凹部２０ａの一方の側（基板２０の長手方向の一方の側：図１０中右側）の基板２０に設けられている。
このような基板２０においては、基板２０の厚さに対して、複数の貫通細孔３４の長さを短くすることができる。
このような基板２０の底面を覆う底蓋としては、上述した底蓋１８からガス出口流路１８ｂを除いたものを用いれば良いし、また、基板２０のガス出口流路２０ｄと底蓋１８のガス出口流路１８ｂが同じ位置にあれば、上述した底蓋１８をそのまま用いても良い。
【００４３】
図１に示すように、上蓋１６の上面には、ＵＶ−ＬＥＤ等のＵＶ（紫外）光源３８が取り付けられ、ＵＶ光源３８の取付位置を除く上蓋１６の上面の全面を覆うようにＵＶ反射膜４０が取り付けられていれる。
一方、底蓋１８の底面には、底面全面を覆うようにＵＶ反射膜４２が取り付けられている。
ＵＶ光源３８は、基板１２の凹部１２ａに設けられたガス検知部３０のガス感知体にＵＶ光を照射するためである。その理由は、ＴｉＯ２（チタニア）を活性化し、室温での吸着ガス分子脱着を促進できるからである。
ＵＶ光源としては、特に制限的ではなく、ＵＶ−ＬＥＤ等の公知のＵＶ光源を用いることができるが、例えば、水銀ランプや、メタルハライドランプ等のＵＶランプ等を用いることができる。
【００４４】
また、上蓋１６の上面のＵＶ反射膜４０、及び底蓋１８の底面のＵＶ反射膜４２は、ＵＶ光を反射して、反射ＵＶ光が基板１２の凹部１２ａに設けられたガス検知部３０のガス感知体に向うようにするためであり、ガス感知体が封じ込められている空間内で反射ＵＶ光を有効利用するためである。
また、上述したように、上蓋１６の凹部１６ａの天井には格子１６ｄが設けられているが、その理由は、ＵＶ光の反射の方向を変え、ガス感知体に色々な方向からＵＶ光が当たるようにするためである。
なお、ＵＶ光源３８は、上蓋１６の上面に取り付けられているが、本発明はこれに限定されず、ガスセンサシステム１０の構造体（パッケージ）内に配置しても良いし、例えば基板１２内、上蓋１６内、又は底蓋１８内に備え付けても良い。この場合の配線は、上蓋１６の２本の配線路１６ｃ、及び１６ｃの少なくとも一方を用いても良いし、新たな配線路を設けても良い。
さらに、新たに、ガス検知部３０のガス感知体に通じる導入路を設け、又はガス入口流路１６ｂ等のガス流路を活用して、ＵＶ光源を差し込んでも良いし、封入しても良い等種々の方法を取っても良い。
【００４５】
真空ポンプ２８は、上蓋１６のガス入口流路１６ｂ、凹部１６ａ、ガス検知部３０並びにその複数の貫通細孔３６、又はガス検知部３０ａ、基板１２の複数の貫通細孔３４、底蓋１８の凹部１８ａ、及びガス出口流路１８ｂに至る検知対象ガスの流路を、配管２２を介して真空引きするためのもので、ガス検知部３０ａのガス感知体の感知感度及び精度、したがって測定感度及び精度を向上させ、短時間で高精度のガス濃度の測定を可能にするためのものである。
真空計２６は、真空ポンプ２８によって吸引される配管２２内の真空度を計測するもので、適切な真空度に維持できるように監視するためのものである。
バルブ２４は、配管２２の流路を必要に応じてオンオフするためのものである。
本発明のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板、メソポア多孔質体ガスセンサ、及びメソポア多孔質体ガスセンサシステムは、以上のように構成される。
【００４６】
以下では、本発明のガスセンサ１４及び１４ａの作用について説明する。
図１１に示すように、本発明のガスセンサ１４は、基板１２上にメソポア多孔質体組織を有するガス感知体からなるガス検知部３０が搭載されており、基板１２の複数の貫通細孔３４とガス検知部３０の複数の貫通細孔３６は、それぞれ同一サイズの貫通細孔を形成している。
図１１に示すガスセンサ１４では、図１２に示すように、貫通細孔３４及び貫通細孔３６からなる貫通細孔は正六角形の貫通孔であり、隣接する貫通細孔３６の隣接する辺間の距離が一定になるように規則的に配列されている。
図１２に示すガスセンサ１４の図中一点鎖線で示す部分の断面図を図１３に示す。
【００４７】
図１３に示すように、ガス感知体からなるガス検知部３０と基板１２とが重ね合わせられた構造を持つガスセンサ１４においては、検知対象ガスは、図中矢印で示すように、この構造の断面方向に流れる。その結果、検知対象ガスは、図中矢印及び大矢印でそれぞれ示すように、ガス検知部３０のガス感知体及び貫通細孔３６に上側から入る。ガス感知体に入った検知対象ガスは、ガス感知体を通り、ガス感知体から貫通細孔３６に流出する。一方、貫通細孔３６に上側から入った検知対象ガスは、図中小矢印で示すように、ガス感知体と接触しながら出入りして、最終的には貫通細孔３６に流出する。ガス感知体から貫通細孔３６に流出した検知対象ガスは、基板１２の貫通細孔３４を流下する。
即ち、検知対象ガスは、ガス検知部３０のガス感知体に図中上側からガス感知体のメソポア多孔質体組織内に入り、メソポアサイズの貫通孔を通り、貫通孔３６及び３４に流出し、最終的には貫通孔３４を流下する。一方、貫通孔３６に図中上側から入った検知対象ガスは、貫通孔３６内を流下するが、貫通孔３６の内周壁面のガス感知体に接している検知対象ガスは、メソポアサイズの貫通孔を通り、ガス感知体のメソポア多孔質体組織内に入ったり出たりして、最終的には、貫通孔３４に流出し、貫通孔３４を流下する。
【００４８】
一方、図１４に示すガスセンサ１４ａは、複数の貫通細孔３４を有する基板１２上に貫通孔３６を持たない中実なガス感知体からなるガス検知部３０が重ね合わせられた構造を持つ。このガスセンサ１４ａにおいては、図中矢印で示すように、検知対象ガスは、ガス検知部３０のガス感知体に上側から入る。ガス感知体に入った検知対象ガスは、ガス感知体を通り、ガス感知体から貫通細孔３４に流出して、貫通細孔３４を流下する。
即ち、検知対象ガスは、ガス検知部３０のガス感知体に図中上側からガス感知体のメソポア多孔質体組織内に入り、メソポアサイズの貫通孔を通り、貫通孔３４に流出し、最終的には貫通孔３４を流下する。
【００４９】
上述したように、メソポア多孔質体組織を持つガス感知体からなるガス検知部３０と、マクロポアサイズの複数の貫通細孔３４を持つ基板１２との組合せである本発明のガスセンサ１４及び１４ａにおいては、検知対象ガスのコンダクタンス増大、ガス感知体と検知対象ガスとの時間当たり接触量の増大、及びガス拡散パスの短縮が実現し、その結果、ガス感知時間、したがってガス測定時間の顕著な短縮を図ることができる。
また、微細成形加工技術を用い、基板に一方の面から反対の面に向けてマクロポアレンジのサイズの貫通細孔を複数設けることができ、また、基板に一段低い段を設ける構造とすることもでき、スキージ法等による簡便で安価な方法によって基板上にメソポア多孔質体組織を持つガス感知体を搭載することができる。
したがって、本発明のマクロポアサイズの複数の貫通細孔を持つメソポア多孔質体センサ用基板、この基板にメソポア多孔質体組織を持つメソポア多孔質体感知体からなるガス検知部や電極を搭載したメソポア多孔質体センサ、及びこのメソポア多孔質体センサを組込んだメソポア多孔質体センサシステムは、製造装置や製造プロセスの簡便化を図ることができると共に低コスト化を図ることができる。
以上から、本発明の効果は、明らかである。
【００５０】
以上、本発明のメソポア多孔質体ガスセンサ用基板、メソポア多孔質体ガスセンサ、及びメソポア多孔質体ガスセンサシステムについて種々の実施形態及び実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施形態及び実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  メソポア多孔質体ガスセンサシステム（ガスセンサシステム）
１２  メソポア多孔質体ガスセンサ用基板（基板）
１２ａ、１６ａ、１８ａ、２０ａ、２０ｂ  凹部
１４、１４ａ  メソポア多孔質体ガスセンサ（ガスセンサ）
１６  上蓋
１６ｂ  ガス入口流路
１６ｃ、２０ｃ  配線路
１６ｄ  格子
１８  底蓋
１８ｂ、２０ｄ  ガス出口流路
２０  基板
２２  配管
２４  バルブ
２６  真空計
２８  真空ポンプ
３０、３０ａ  ガス検知部
３２  電極
３４、３６  細孔
３８  ＵＶ（紫外）光源
４０、４２  ＵＶ反射膜
【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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【図１３】
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【図１４】
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