(57)【要約】【課題】検出対象ガスの有無及び濃度の検出を行うに、非検出対象ガスの影響を排除し、消費電力の低減を図ることができながらも、ガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を短くして検知応答規定時間内に警報を発することが可能な技術を提供する。【解決手段】ガス検知装置であって、筐体の外部に存在する検出対象ガスが筐体の内部に設けられたセンサ素子に到達してガス検知層にて検出対象ガスが警報すべき濃度以上存在することの検出が可能となる下限時間の検知応答時間と、筐体の外部に存在する検出対象ガスを筐体内のガス検知層にて検出することが必要とされる時間の検知応答規定時間とに関して、ガス種を判定するガス種判定手段による判定結果に基づいて、検出タイミングが、検知応答時間以上かつ検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように、通常周期を変更する通電周期変更手段を備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、及び前記ガス検知層を加熱するヒータ層を形成したセンサ素子と、
前記ヒータ層へ所定の通常周期で通電を行って、前記ガス検知層の温度を変化させる通電駆動手段と、
ヒータ層通電時の検出タイミングにおける前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記検出対象ガスを検出するガス検出手段とを備えたガス検知装置であって、
外部から前記検出対象ガスが流入可能なガス流入口を備えた筐体の内部に前記センサ素子が設けられるとともに、前記ガス流入口から前記筐体の内部に至る間の流路に非検出対象ガスが付着するフィルタ手段が設けられ、
前記筐体の外部に存在する前記検出対象ガスが前記筐体の内部に設けられた前記センサ素子に到達して、前記ガス検知層にて前記検出対象ガスが警報すべき濃度以上存在することを検出することが可能となる下限時間である検知応答時間と、前記筐体の外部に存在する前記検出対象ガスを、前記筐体の内部に設けられた前記センサ素子の前記ガス検知層にて検出することが必要とされる時間である検知応答規定時間とに関して、
前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定するガス種判定手段を備え、
前記ガス種判定手段による判定結果に基づいて、前記検出タイミングが、前記検知応答時間以上、かつ、前記検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように、前記通常周期を変更する通電周期変更手段を備えたガス検知装置。
【請求項２】
前記通電周期変更手段が、前記通常周期を前記検出タイミングが前記検知応答時間以上、かつ、前記検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように変更するに当たり、前記ガス種判定手段による判定結果が前記検出対象ガスである場合に、前記ヒータ層へ通電する前記通常周期を前記通常周期よりも短縮した短縮周期に変更する請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記ガス検出手段が、前記ガス種判定手段によるガス種の判定前に、前記検出タイミングにおける前記電気的特性としての電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が第１閾値よりも低下しているか否かの第１判定を行う請求項１又は２に記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記ガス検出手段が、前記第１判定において前記電気抵抗値が前記第１閾値よりも低下している場合に、さらに、前記第１判定において用いた電気抵抗値よりも後に検出した前記検出タイミングにおける前記電気的特性としての電気抵抗値を用いて、当該電気抵抗値が前記第１閾値よりも小さな値の第２閾値以下か否かの第２判定を行う請求項３に記載のガス検知装置。
【請求項５】
前記ガス種判定手段が、前記第２判定において前記電気抵抗値が前記第２閾値を超えている場合に前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定して、判定結果が前記検出対象ガスである場合に前記通電周期変更手段が前記通常周期を前記短縮周期に変更し、更に、前記ガス検出手段が前記短縮周期における前記検出タイミングにおける前記電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が前記第１閾値より低下しているか否かの前記第１判定を行う請求項４に記載のガス検知装置。
【請求項６】
前記ガス種判定手段が、前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性として電気抵抗値の変化状態を用いて、前記雰囲気中に存在するガス種を判定する請求項１から５の何れか一項に記載のガス検知装置。
【請求項７】
前記電気抵抗値の変化状態を用いてガス種を判定するに、複数の前記電気抵抗値の差分を用いる請求項６に記載のガス検知装置。
【請求項８】
前記電気抵抗値の変化状態を用いてガス種を判定するに、前記電気抵抗値の極小値の出現を用いる請求項６に記載のガス検知装置。
【請求項９】
前記電気抵抗値の変化状態を用いてガス種を判定するに、前記電気抵抗値の１階微分値と２階微分値とを用いる請求項６に記載のガス検知装置。
【請求項１０】
前記電気抵抗値の変化状態を用いてガス種を判定するに、複数の前記検出タイミングにおける前記電気抵抗値を用いる請求項６に記載のガス検知装置。
【請求項１１】
前記センサ素子が、電気絶縁層と、酸化物半導体からなる前記ガス検知層と、前記ガス検知層の前記電気的特性としての電気抵抗値を検出する一対の電極層とを備えた薄膜センサ素子である請求項１から１０の何れか一項に記載のガス検知装置。
【請求項１２】
内蔵された電池からの電力供給により駆動する請求項１から１１の何れか一項に記載のガス検知装置。
【請求項１３】
検出対象ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、及び前記ガス検知層を加熱するヒータ層を形成したセンサ素子を用いて、
通電駆動手段が前記ヒータ層へ所定の通常周期で通電を行って、前記ガス検知層の温度を変化させ、
ガス検出手段がヒータ層通電時の検出タイミングにおける前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記検出対象ガスを検出するガス検知方法であって、
外部から前記検出対象ガスが流入可能なガス流入口を備えた筐体の内部に前記センサ素子が設けられるとともに、前記ガス流入口から前記筐体の内部に至る間の流路に非検出対象ガスが付着するフィルタ手段が設けられ、
ガス種判定手段が、前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定し、
通電周期変更手段が前記ガス種判定手段による判定結果に基づいて、前記検出タイミングが、前記筐体の外部に存在する前記検出対象ガスが前記筐体の内部に設けられた前記センサ素子に到達して、前記ガス検知層にて前記検出対象ガスが警報すべき濃度以上存在することを検出することが可能となる時間の下限である検知応答時間以上、かつ、前記筐体の外部に存在する前記検出対象ガスを、前記筐体の内部に設けられた前記センサ素子において検出することが必要とされる時間である検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように、前記通常周期を変更するガス検知方法。
【請求項１４】
前記通電周期変更手段が、前記通常周期を前記検出タイミングが前記検知応答時間以上、かつ、前記検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように変更するに当たり、前記ガス種判定手段による判定結果が前記検出対象ガスである場合に、前記ヒータ層へ通電する前記通常周期を前記通常周期よりも短縮した短縮周期に変更する請求項１３に記載のガス検知方法。
【請求項１５】
前記ガス検出手段が、前記ガス種判定手段によるガス種の判定前に、前記検出タイミングにおける前記電気的特性としての電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が第１閾値よりも低下しているか否かの第１判定を行う請求項１３又は１４に記載のガス検知方法。
【請求項１６】
前記ガス検出手段が、前記第１判定において前記電気抵抗値が前記第１閾値よりも低下している場合に、さらに、前記第１判定において用いた電気抵抗値よりも後に検出した前記検出タイミングにおける前記電気的特性としての電気抵抗値を用いて、当該電気抵抗値が前記第１閾値よりも小さな値の第２閾値以下か否かの第２判定を行う請求項１５に記載のガス検知方法。
【請求項１７】
前記ガス種判定手段が、前記第２判定において前記電気抵抗値が前記第２閾値を超えている場合に前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定して、判定結果が前記検出対象ガスである場合に前記通電周期変更手段が前記通常周期を前記短縮周期に変更し、前記ガス検出手段が前記短縮周期における前記検出タイミングにおける電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が前記第１閾値より低下しているか否かの前記第１判定を行う請求項１６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、検出対象ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、及びガス検知層を加熱するヒータ層を形成したセンサ素子と、ヒータ層へ所定の通常周期で通電を行って、ガス検知層の温度を変化させる通電駆動手段と、ヒータ層通電時の検出タイミングにおけるガス検知層の電気的特性に基づいて、検出対象ガスを検出するガス検出手段とを備えたガス検知装置、及びそのガス検知装置において実行されるガス検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなガス検知装置においては、センサ素子は薄膜ガスセンサにより構成され、ヒータ層への通電を開始することにより、ガス検知層を検出対象ガスの種類に応じた適切な温度（例えば、４００〜５００℃程度）にまで加熱して、この温度を保持した状態におけるガス検知層の電気的特性（電気抵抗値、電圧値など）に基づいて検出対象ガスの有無及び濃度を検出する。この際には、ヒータ層に通電を行う通電駆動手段は、例えば、電池駆動により駆動されるため、できるだけ消費電力を少なくして長期間電池を交換することなく検出対象ガスを検出可能であることが必要とされている。そのため、薄膜ガスセンサを微細加工プロセスを用いて製造したダイヤフラム構造等の高断熱・低熱容量の構造とするとともに、通電駆動手段が、ヒータ層への通電を所定の周期で間欠的に行って消費電力を低減する構成を採用している（例えば、特許文献１参照）。
ここで、例えば、メタンガスやプロパンガス等の可燃性ガスである検出対象ガスを検出する場合、ヒータ層への通電の周期を３０ｓとし、ヒータ層への通電を５０〜５００ｍｓの比較的短い時間行ってヒータ層の温度を高温（例えば、４００〜５００℃程度）に保持して、ガス検知層の電気抵抗値等を測定し（検出タイミング）、その後、ヒータ層への通電を停止して通電の開始から３０ｓが経過するまで（通電の停止から２９．９５〜２９．９９５ｓの間）停止状態を維持する。そして、再度通電を開始し、電気抵抗値を測定して、通電を停止することを繰り返し行う構成とされている。これにより、通電時間をできるだけ少なくし、検出対象ガスの検出を確実に行いながら、低消費電力化をも図ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９２３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなガス検知装置の設置環境においては、検出対象ガスであるメタンガス等や非検出対象ガスである酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、一酸化炭素ガス、水蒸気等が共存する。また、微量ではあるが非検出対象ガスとして、ガス検知装置のセンサ素子にとって有害な有害ガス（特性劣化を引き起こす）やセンサ素子に干渉する干渉ガス（ガス検知層が抵抗変化し、あたかも検出対象ガスが存在するかのように振舞う誤検出を誘発するガス）など、種々のガス成分が一時的に共存する場合がある。
そのため、ガス検知装置においては有害ガス、干渉ガス等の影響を防止するため様々な対策が施されている。例えば、低沸点の炭化水素系ガス（エタノール、ＶＯＣ）、水素ガス、一酸化炭素ガスなどの干渉ガスに対しては、ガス検知層を被覆した選択燃焼層で選択的に燃焼しガス検知層の出力に影響が出ないような対策が講じられている。更にシリコンのような有害ガスに関しては、ガス検知装置内のガス検知層へ検出対象ガスが流入可能なガス流入口に活性炭吸着層（フィルタ手段）を設け吸着除去するような対策が講じられている。
上記のような様々な対策で非検出対象ガスである有害ガス、干渉ガス等の影響を防止しているが、それらのガスが長期共存するような環境でガス検知装置を使用すると徐々に特性が変化する場合がある。具体的には、空気中の電気抵抗値が顕著に低下したり、検出対象ガスがメタンガスの場合、ガス検知層における一酸化炭素ガスや水素ガスなどの干渉ガスに対する選択性が悪くなる場合がある（一酸化炭素ガス、水素ガスが共存してもガス検知層の電気抵抗値が低下し、あたかもメタンガスが存在するような挙動を示す、すなわち、誤検出することがある）。更にはガス検知層が鋭敏化する、すなわち、予めガス検知層の濃度特性から決めたメタン濃度で示す電気抵抗値が低下し、あたかもメタンガス漏れが発生したかのような誤報を発報する場合がある。
【０００５】
このような特性劣化を防止するため、非検出対象ガスがガス検知装置内のガス検知層を備えたセンサ素子に到達するのを防止できるように、センサ素子のパッケージの強化が進められている。一例を挙げると、筐体の外部からセンサ素子が設けられた内部に、当該筐体に設けられたガス流入口以外から非検出対象ガスである干渉ガスや有害ガスが進入することを防止するため、パッケージの気密性向上（定期点検時に点検ガスをガス流入口近傍に設けられた活性炭吸着層を通さずに筐体内のセンサ素子へ直接流入するための点検口の廃止、筐体の構造を嵌め込み方式から溶接方式へ変更する等）や、ガス流入口に設ける活性炭吸着層の機能向上（活性炭量の増加、粒度分布の改善、充填密度の変更、機能の異なる活性炭の積層等）が行われている。
【０００６】
しかしながら、このセンサ素子のパッケージの強化は、検出対象ガスの検知応答性とトレードオフの関係にある。すなわち、上述したパッケージの気密性向上により、検出対象ガスについても、有害ガスや干渉ガス等と同様に、基本的にガス流入口以外からの進入は不可能となる。また、活性炭吸着層の機能向上により、雰囲気中の検出対象ガスが、活性炭を通過しガス検知層表面に到達する時定数が増加し、検知応答性の低下につながってしまう。ここで、この検知応答性は、センサ素子が筐体の内部に設けられた状態において、筐体の外部で所定濃度の検出対象ガスが存在する場合に、当該検出対象ガスが筐体の内部に進入してセンサ素子のガス検知層に接触し、当該ガス検知層の電気抵抗値を所定の電気抵抗値にまで低下させるまでの時間（検知応答時間、すなわち筐体の外部に存在する検出対象ガスが筐体の内部に設けられたセンサ素子に到達して、ガス検知層にて検出対象ガスが警報すべき濃度以上存在することを検出することが可能となる下限時間）により判断される。例えば、表１に、センサ素子がパッケージ化された複数のガス検知装置について、ヒータ層に通電する周期を５ｓに設定し、雰囲気メタン濃度１．２５％（１２５００ｐｐｍ）中で警報を発するまでの時間を調査したものを示す。この表１から判明するように、雰囲気メタン濃度１．２５％での応答性は、従来構造のパッケージでの検知応答時間が１５〜２５ｓであるのに対し、パッケージを強化すると検知応答時間が４５〜５０ｓと倍増していることがわかる。
よって、センサ素子のパッケージを強化すると、非検出対象ガスの影響を低減することができるが、検出対象ガスの検知応答性が低下することとなる。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
一方、上記検知応答性については満たすべき基準が別途規定されており、その規定により、例えば、検出対象ガスとしての引火性を有するメタンガスの場合には、雰囲気中のメタン濃度１．２５％に対し、ガス漏れから６０ｓ以内（検知応答規定時間内）に警報を発することができる必要があるとされている。
このような状況で、ヒータ層への通電の周期に対応してガス検知層の電気抵抗値を検出する検出タイミングとガス漏れ発生のタイミングとの関係に加え、検知応答時間も考慮して、ガス漏れから警報を発するまでの時間が検知応答規定時間内である必要がある。従って、センサ素子のパッケージの強化により検知応答性が低下（検知応答時間が増加）すると、警報を発するまでの時間が長くなる場合があり、検知応答規定時間内に警報を発することができなくなるという問題がある。
【０００９】
例えば、図１５に示すように、検知応答時間４５ｓの強化パッケージのガス検知装置の通電周期を４５ｓ（検出タイミングが４５ｓ毎に来る周期）で駆動した場合、第１回目の検出タイミング（０ｓ）と同時にガス漏れが発生した場合（ケース１）は、第２回目の検出タイミングである４５ｓ後に警報し、検知応答規定時間（ガス漏れ発生から６０ｓ）内に警報できるが、一方で、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、５ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース２）には、ガス漏れから４０ｓ後の第２回目の検出タイミング（４５ｓ）では検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報せず、ガス漏れから８５ｓ後の第３回目の検出タイミング（９０ｓ）で警報することになり、検知応答規定時間を満たさなくなる場合がある。すなわち、ケース２では、ガス漏れから警報を発するまで８５ｓの時間が経過してしまっている。同様に、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、２５ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース３）には、ガス漏れから２０ｓ後の第２回目の検出タイミング（４５ｓ）では検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報せず、ガス漏れから６５ｓ後の第３回目の検出タイミング（９０ｓ）で警報することになり、検知応答規定時間を満たさなくなる場合がある。すなわち、ケース３では、ガス漏れから警報を発するまで６５ｓの時間が経過してしまっている。
【００１０】
このため、従来、電池駆動を念頭としたガス検知装置において通電駆動手段がヒータ層に通電する周期は、パッケージ強化に伴う検知応答性の低下（検知応答時間の増加）と検知応答規定時間とを考慮し、例えば、検知応答規定時間を６０ｓとした場合、検知応答時間４０ｓのときは周期２０ｓ以内、検知応答時間５０ｓのときは周期１０ｓ以内等の比較的短い時間間隔に設定しなければならず、通電の周期を長くすることができず低消費電力化の妨げとなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みて、検出対象ガスの有無及び濃度の検出を行うにあたり、非検出対象ガスの影響を排除し、消費電力の低減を図ることができながらも、ガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を短くして検知応答規定時間内に警報を発することが可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
〔構成１〕
上記の目的を達成するための本発明に係るガス検知装置は、
検出対象ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、及び前記ガス検知層を加熱するヒータ層を形成したセンサ素子と、
前記ヒータ層へ所定の通常周期で通電を行って、前記ガス検知層の温度を変化させる通電駆動手段と、
ヒータ層通電時の検出タイミングにおける前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記検出対象ガスを検出するガス検出手段とを備えたガス検知装置であって、
外部から前記検出対象ガスが流入可能なガス流入口を備えた筐体の内部に前記センサ素子が設けられるとともに、前記ガス流入口から前記筐体の内部に至る間の流路に非検出対象ガスが付着するフィルタ手段が設けられ、
前記筐体の外部に存在する前記検出対象ガスが前記筐体の内部に設けられた前記センサ素子に到達して、前記ガス検知層にて前記検出対象ガスが警報すべき濃度以上存在することを検出することが可能となる下限時間である検知応答時間と、前記筐体の外部に存在する前記検出対象ガスを、前記筐体の内部に設けられた前記センサ素子の前記ガス検知層にて検出することが必要とされる時間である検知応答規定時間とに関して、
前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定するガス種判定手段を備え、
前記ガス種判定手段による判定結果に基づいて、前記検出タイミングが、前記検知応答時間以上、かつ、前記検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように、前記通常周期を変更する通電周期変更手段を備えた点にある。
【００１３】
また、上記の目的を達成するための本発明に係るガス検知方法は、上記特徴構成を有するガス検知装置により好適に実行されるものであり、
検出対象ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、及び前記ガス検知層を加熱するヒータ層を形成したセンサ素子を用いて、
通電駆動手段が前記ヒータ層へ所定の通常周期で通電を行って、前記ガス検知層の温度を変化させ、
ガス検出手段がヒータ層通電時の検出タイミングにおける前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記検出対象ガスを検出するガス検知方法であって、
外部から前記検出対象ガスが流入可能なガス流入口を備えた筐体の内部に前記センサ素子が設けられるとともに、前記ガス流入口から前記筐体の内部に至る間の流路に非検出対象ガスが付着するフィルタ手段が設けられ、
ガス種判定手段が、前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定し、
通電周期変更手段が前記ガス種判定手段による判定結果に基づいて、前記検出タイミングが、前記筐体の外部に存在する前記検出対象ガスが前記筐体の内部に設けられた前記センサ素子に到達して、前記ガス検知層にて検出対象ガスが警報すべき濃度以上存在することを検出することが可能となる時間の下限である検知応答時間以上、かつ、前記筐体の外部に存在する前記検出対象ガスを、前記筐体の内部に設けられた前記センサ素子において検出することが必要とされる時間である検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように、前記通常周期を変更する点にある。
【００１４】
上記構成１のガス検知装置及びガス検知方法によれば、筐体の内部にセンサ素子（ガス検知層）が設けられ、外部から筐体の流入口及びフィルタ手段を介して検出対象ガスが流入するようにパッケージが強化されたガス検知装置において検出対象ガスを検出する場合に、ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定した上で、検出対象ガスを検出する検出タイミングが検知応答時間以上かつ検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように通常周期を変更するので、ガス種に応じて必要な場合にのみ検出タイミングを変更することができるとともに、変更された検出タイミングでは、確実に検知応答規定時間を超えないように検出対象ガスを検出することができる。
ここで、検知応答時間は、筐体の外部に存在する検出対象ガスが筐体の内部に設けられたセンサ素子に到達して、ガス検知層にて検出対象ガスが警報すべき濃度以上存在することを検出することが可能となる下限時間であり、上記のようにパッケージが強化されたガス検知装置では、パッケージが強化されていないガス検知装置と比較して長い時間となる傾向にあるものである。また、検知応答規定時間は、筐体の外部に存在する検出対象ガスを、筐体の内部に設けられたセンサ素子のガス検知層にて検出することが必要とされる時間である。なお、検知応答時間は各ガス検知装置について予め計測したものを用いることができ、検知応答規定時間は法律等により予め定められている。
例えば、図５に示すように、検知応答時間４５ｓの強化パッケージのガス検知装置の通電周期を通常周期４５ｓ（検出タイミングが４５ｓ毎に来る周期）で駆動した場合、第１回目の検出タイミング（０ｓ）と同時にガス漏れが発生した場合（ケース１）は、第２回目の検出タイミングである４５ｓ後の検知応答規定時間内（ガス漏れ発生から６０ｓ内）に警報する。一方で、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、５ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース２）には、ガス漏れから４０ｓ後の第２回目の検出タイミング（４５ｓ）では検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しないが、ガス種判定手段がガス種を判定して必要に応じて（例えば、検出対象ガスが存在する場合に）、ヒータ層への通電を通常周期４５ｓから短縮周期１０ｓに短縮することにより、ガス漏れから５０ｓ後の第３回目の検出タイミング（５５ｓ）で警報することができ、ガス漏れから警報を発するまで５０ｓしか経過していないので、検知応答規定時間を満たすことができる。同様に、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、２５ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース３）には、ガス漏れから２０ｓ後の第２検出タイミング（４５ｓ）では検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しないが、ガス種判定手段がガス種を判定して必要に応じて（例えば、検出対象ガスが存在する場合に）、ヒータ層への通電を通常周期４５ｓから短縮周期１０ｓに短縮することにより、ガス漏れから５０ｓ後の第５回目の検出タイミング（７５ｓ）で警報することができ、ガス漏れから警報を発するまで５０ｓの時間しか経過していないので、検知応答規定時間を満たすことができる。なお、ケース３において、第３、第４回目の検出タイミングでは、検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しない。
したがって、パッケージが強化されたガス検知装置を用いて非検出対象ガスの影響を排除して、より正確な検出対象ガスの有無及び濃度の検出を行うことができ、また、ガス種に応じて必要な場合にのみ通常周期を変更（検出タイミングを変更）し無駄に変更が行われることを防止して、消費電力の低減を図ることができる。しかも、ガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を極力短くして検知応答規定時間内に警報を発することができる。
【００１５】
〔構成２〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成１のガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記通電周期変更手段が、前記通常周期を前記検出タイミングが前記検知応答時間以上、かつ、前記検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように変更するに当たり、前記ガス種判定手段による判定結果が前記検出対象ガスである場合に、前記ヒータ層へ通電する前記通常周期を前記通常周期よりも短縮した短縮周期に変更する点にある。
【００１６】
また、本発明に係るガス検知方法は、上記特徴構成を有するガス検知装置により好適に実行されるものであり、上記構成１のガス検知方法の手段に加えて、その特徴手段は、前記通電周期変更手段が、前記通常周期を前記検出タイミングが前記検知応答時間以上、かつ、前記検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように変更するに当たり、前記ガス種判定手段による判定結果が前記検出対象ガスである場合に、前記ヒータ層へ通電する前記通常周期を前記通常周期よりも短縮した短縮周期に変更する点にある。
【００１７】
上記構成２のガス検知装置及びガス検知方法によれば、通電周期変更手段が、通常周期を検出タイミングが検知応答時間以上、かつ、検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように変更するに当たり、ガス種判定手段による判定結果が検出対象ガスである場合に、ヒータ層へ通電する通常周期をこの通常周期よりも短縮した短縮周期に変更するので、検出対象ガスが存在して、より精度の高い検出を行う必要がある場合にのみヒータ層の通電を短縮周期に変更して検出を行うことができ、一方で、検出対象ガスが存在しない場合には通常周期のまま検出を行い消費電力の低減を図ることができる。また、パッケージが強化されたガス検知装置において検知応答時間が長くなっているときでも、検出タイミングの周期を短くして、より早期に検出対象ガスを検出することができ、ガス漏れ発生から検出するまでの時間を確実に検知応答規定時間よりも短くすることが可能となる。
よって、検出対象ガスの有無及び濃度の検出を行うにあたり、非検出対象ガスの影響を排除し、消費電力の低減をより確実に図ることができながらも、ガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を短くして検知応答規定時間内に警報をより確実に発することができる。
【００１８】
〔構成３〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成１又は２のガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記ガス検出手段が、前記ガス種判定手段によるガス種の判定前に、前記検出タイミングにおける前記電気的特性としての電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が第１閾値よりも低下しているか否かの第１判定を行う点にある。
【００１９】
また、本発明に係るガス検知方法は、上記特徴構成を有するガス検知装置により好適に実行されるものであり、上記構成１又は２のガス検知方法の手段に加えて、その特徴手段は、前記ガス検出手段が、前記ガス種判定手段によるガス種の判定前に、前記検出タイミングにおける前記電気的特性としての電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が第１閾値よりも低下しているか否かの第１判定を行う点にある。
【００２０】
上記構成３のガス検知装置及びガス検知方法によれば、ガス検出手段が、ガス種判定手段によるガス種の判定前に、検出タイミングにおけるガス検知層の電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が第１閾値よりも低下しているか否かの第１判定を行うので、ガス種判定手段によるガス種の判定及び通電周期変更手段による通電周期の変更を、第１判定による検出タイミングにおける電気抵抗値が第１閾値よりも低下しているか否かの結果に基づいて行うことができ、例えば、当該電気抵抗値が第１閾値よりも低下している場合にはガス漏れが生じている可能性があるため、より精度の高い検出を行うこととし、第１閾値以上である場合にはガス漏れが生じていないものとして、通常周期での検出対象ガスの検出を行うことができる。
これにより、第１判定により簡易な判定を行って、ガス漏れが生じていないと考えられる場合には、より精度の高い判定を省略することにより、簡易な構成とするとともに消費電力の低減を図ることができる。
【００２１】
〔構成４〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成３のガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記ガス検出手段が、前記第１判定において前記電気抵抗値が前記第１閾値よりも低下している場合に、さらに、前記第１判定において用いた電気抵抗値よりも後に検出した前記検出タイミングにおける前記電気的特性としての電気抵抗値を用いて、当該電気抵抗値が前記第１閾値よりも小さな値の第２閾値以下か否かの第２判定を行う点にある。
【００２２】
また、本発明に係るガス検知方法は、上記特徴構成を有するガス検知装置により好適に実行されるものであり、上記構成３のガス検知方法の手段に加えて、その特徴手段は、前記ガス検出手段が、前記第１判定において前記電気抵抗値が前記第１閾値よりも低下している場合に、さらに、前記第１判定において用いた電気抵抗値よりも後に検出した前記検出タイミングにおける前記電気的特性としての電気抵抗値を用いて、当該電気抵抗値が前記第１閾値よりも小さな値の第２閾値以下か否かの第２判定を行う点にある。
【００２３】
上記構成４のガス検知装置及びガス検知方法によれば、ガス検出手段が、第１判定において電気抵抗値が第１閾値よりも低下している場合に、さらに、第１判定において用いた電気抵抗値よりも後に検出した検出タイミングにおける電気的特性としての電気抵抗値を用いて、当該電気抵抗値が第１閾値よりも小さな値の第２閾値（警報閾値）以下か否かの第２判定を行うので、第１判定においてガス漏れの可能性があると判定された場合に、より精度の高い第２閾値により第２判定を行い、ガス漏れか否かをより正確に判定することが可能となる。なお、この第２判定では、検出タイミングにおける電気抵抗値のうち、第１判定に用いた電気抵抗値より後に検出される安定した状態の電気抵抗値が用いられ、さらに、第１閾値よりも厳しい基準の第２閾値が用いられるため、第１判定よりも精度の高い判定を行うことができる。例えば、第２判定において、電気抵抗値が第２閾値以下である場合にはガス漏れが生じているものとしてガス漏れ警報を発し、第２閾値を超えている場合にはガス漏れが生じているか否か確定することができないので、より正確に判定するため、ガス種判定手段によるガス種の判定を行う構成とすることができる。
【００２４】
〔構成５〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成４のガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記ガス種判定手段が、前記第２判定において前記電気抵抗値が前記第２閾値を超えている場合に前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定して、判定結果が前記検出対象ガスである場合に前記通電周期変更手段が前記通常周期を前記短縮周期に変更し、更に、前記ガス検出手段が前記短縮周期における前記検出タイミングにおける前記電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が前記第１閾値より低下しているか否かの前記第１判定を行う点にある。
【００２５】
また、本発明に係るガス検知方法は、上記特徴構成を有するガス検知装置により好適に実行されるものであり、上記構成４のガス検知方法の手段に加えて、その特徴手段は、前記ガス種判定手段が、前記第２判定において前記電気抵抗値が前記第２閾値を超えている場合に前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて前記ガス検知層の雰囲気中に存在するガス種を判定して、判定結果が前記検出対象ガスである場合に前記通電周期変更手段が前記通常周期を前記短縮周期に変更し、前記ガス検出手段が前記短縮周期における前記検出タイミングにおける電気抵抗値に基づいて、当該電気抵抗値が前記第１閾値より低下しているか否かの前記第１判定を行う点にある。
【００２６】
上記構成５のガス検知装置及びガス検知方法によれば、第２判定において電気抵抗値が第２閾値を超えている場合にガス種を判定し、判定結果が検出対象ガスである場合には、通常周期を短縮周期に変更して、変更後の短縮周期での検出タイミングにおいて検出された電気抵抗値が第１閾値よりも低下しているか否かの第１判定を行うので、短縮周期のまま検出を継続するか、通常周期に戻して検出を継続するかを当該第１判定の結果に基づいて決定することができる。例えば、当該第１判定において電気抵抗値が第１閾値よりも低下していない場合には、通常周期に戻して第１判定や第２判定を繰り返し行い、第１閾値以下である場合には、短縮周期のままとし、さらに第２判定を行って、検出対象ガスの検出を継続することができる。
よって、必要な場合にのみ短縮周期による通電を継続し、必要でなければ通常周期による通電に戻すことにより、消費電力の低減を図ることができる。
【００２７】
〔構成６〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成１から５の何れかのガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記ガス種判定手段が、前記ヒータ層通電時の前記ガス検知層の電気的特性として電気抵抗値の変化状態を用いて、前記雰囲気中に存在するガス種を判定する点にある。
【００２８】
上記構成６のガス検知装置によれば、ヒータ層通電時のガス検知層の電気抵抗値の変化状態を用いて、雰囲気中に存在するガス種を判定するので、検出対象ガスであるメタンガスであるか、メタンガス以外のガス（一酸化炭素、水素など）であるかを正確に判定することができる。
ここで、ガス種がメタンガスの場合には、例えば、図３に示すように、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との関係は、時間が経過するにつれ電気抵抗値が漸近減少し、所定の値に近づいて安定化する軌跡を描くものである。
一方、ガス種がメタンガス以外のガスの場合には、例えば、図３に示すように、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との関係は、時間が経過するにつれ電気抵抗値が漸近減少し、所定の極小値を経て漸近増加に転じる軌跡を描くものである。この漸近減少は、センサ素子のガス検知層などに吸着した一酸化炭素や水素などのガスが、ヒータ層への通電が行われてガス検知層の温度が上昇する際に燃焼されることにより生じているものである。
したがって、ガス検知層の雰囲気中のガス種を判定するに当たり、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との軌跡が、どのような軌跡を描くかを調べることにより、正確かつ簡便にガス種を判定することができる。
【００２９】
〔構成７〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成６のガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記電気抵抗値の変化状態を用いてガス種を判定するに、複数の前記電気抵抗値の差分を用いる点にある。
【００３０】
上記構成７のガス検知装置によれば、短い時間での電気抵抗値の変化によりガス種を判定することができるので、より簡便にガス種を判定することができる。
すなわち、メタンガス以外のガスの通電時間と電気抵抗値との関係（軌跡）は、上述の通り、極小値から漸近増加する部分を有するため、複数の電気抵抗値を抽出してその差分（通電時間の長い電気抵抗値から通電時間の短い電気抵抗値を引いたときの値）をとることにより、その差分が正となる場合にはメタンガス以外のガスであると即座に判定することができる。
【００３１】
〔構成８〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成６のガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記電気抵抗値の変化状態を用いてガス種を判定するに、前記電気抵抗値の極小値の出現を用いる点にある。
【００３２】
上記構成８のガス検知装置によれば、短い時間での電気抵抗値の変化によりガス種を判定することができるので、より簡便にガス種を判定することができる。
すなわち、メタンガス以外のガスの通電時間と電気抵抗値との関係（軌跡）は、上述の通り、極小値を有するため、この極小値の出現（存在）を抽出することにより、この極小値が出現（存在）する場合にはメタンガス以外のガスであると即座にガス種を判定することができる。この極小値は、ヒータ層通電時において時間的に比較的早く現れるため短い時間でガス種を判定することができる。なお、メタンガスの場合には、電気抵抗値は所定の値に安定化するため極小値は存在しない。
【００３３】
〔構成９〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成６のガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記電気抵抗値の変化状態を用いてガス種を判定するに、前記電気抵抗値の１階微分値と２階微分値とを用いる点にある。
【００３４】
上記構成９のガス検知装置によれば、短い時間での電気抵抗値の変化によりガス種を判定することができるので、より簡便にガス種を判定することができる。
すなわち、メタンガス以外のガスの通電時間と電気抵抗値との関係（軌跡）は、上述の極小値の出現後に、その極小値から上昇しつつ一定値に漸近する漸近線を描くように増加する形状の軌跡となる。一方で、検出対象ガスであるメタンガスの場合には、電気抵抗値は下降しつつ一定値に漸近する漸近線を描くように減少する。このように、メタンガスの電気抵抗値は、それ以外のガスの電気抵抗値と異なる軌跡を示すため、この１階微分値と２階微分値を求めることによって、ガス種を判定することができる。
すなわち、メタンガス以外のガスの通電時間と電気抵抗値との関係（軌跡）は、上昇しつつ極小値の出現後に漸近線を描くように増加する形状の軌跡となるので、極小値の出現後に１階微分値が正の値となり、２階微分値が負の値となる。一方で、検出対象ガスであるメタンガスの場合には、下降しつつ極小値の出現後に漸近線を描くように減少する軌跡となるので、極小値が出現することなく１階微分値が０以下の値を維持し、２階微分値が０以上の値となる。従って、このように１階微分値と２階微分値の正負関係を確認することで、ガス種を判定することができる。
【００３５】
〔構成１０〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成６のガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記電気抵抗値の変化状態を用いてガス種を判定するに、複数の前記検出タイミングにおける前記電気抵抗値を用いる点にある。
【００３６】
上記構成１０のガス検知装置によれば、短い時間での電気抵抗値の変化によりガス種を判定することができるので、より簡便にガス種を判定することができる。
すなわち、メタンガス以外のガスの通電時間と電気抵抗値との関係（軌跡）は、上述の極小値の出現後に、その極小値から上昇しつつ一定値に漸近する漸近線を描くように増加する軌跡となる。一方で、検出対象ガスであるメタンガスの場合には、下降しつつ一定値に漸近する漸近線を描く軌跡となる。従って、メタンガス以外のガスの１階微分値が極小値の出現後、正の値となるのに対して、メタンガスの１階微分値は０以下の値となる。これにより、電気抵抗値の１階微分値によって、ガス種を判定することができる。また、電気抵抗値の一つの検出タイミングにおける１階微分値よりも複数の検出タイミングにおける１階微分値によってガス種を判定することで、計測のエラーやノイズなどによる誤判定をなくして、ガス種を正確に判定することができる。
【００３７】
〔構成１１〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成１から１０の何れかのガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、前記センサ素子が、電気絶縁層と、酸化物半導体からなる前記ガス検知層と、前記ガス検知層の前記電気的特性としての電気抵抗値を検出する一対の電極層とを備えた薄膜センサ素子である点にある。
【００３８】
上記構成１１のガス検知装置によれば、センサ素子が薄膜状の薄膜センサ素子により構成されているので、薄膜センサ素子を構成するガス検知層の熱容量は非常に小さく、ヒータ層からの熱の入力に対し非常に応答性が高く構成することができる。
【００３９】
〔構成１２〕
本発明に係るガス検知装置は、上記構成１から１１の何れかのガス検知装置の構成に加えて、その特徴構成は、内蔵された電池からの電力供給により駆動する点にある。
【００４０】
上記構成１２のガス検知装置によれば、ガス検知装置は、内蔵された電池からの電力供給により駆動するので、固定の電源の近傍に設置する必要が無くなり、設置性が向上する。
また、上記ガス検知装置においては、ヒータ層への通電を通電時間ができるだけ短くなる周期で行うとともに、通電周期を必要なときのみ短縮し、必要でない場合はできるだけ長い周期の通常周期が採用されているため、消費電力が低減されており、内蔵する電池を用いた場合であっても、所定の期間充分に稼動を続けることができるガス検知装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ガス検知装置の検知システムの概略構造を示す図
【図２】ガス検知装置の具体的構造を示す図
【図３】ヒータ層への通電時間と電気抵抗値との関係を示すグラフ図
【図４】第１実施形態に係る第１判定、第２判定、ガス種判定及び通常周期の変更を示すフロー図
【図５】第１実施形態に係る通常周期の短縮、及びガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を示す概念図
【図６】通常周期の変更を行った場合と行わなかった場合における、ガス漏れ発生から警報までの時間と検出タイミングからガス漏れ発生までの遅れ時間との関係を示すグラフ図
【図７】第２実施形態に係る通常周期の短縮、及びガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を示す概念図
【図８】第３実施形態に係る第１判定、第２判定、ガス種判定及び通常周期の変更を示すフロー図
【図９】第４実施形態に係るガス種判定のための電気抵抗値の検出範囲を示す図
【図１０】第５実施形態に係るガス種判定のための２点の電気抵抗値の検出点の一例を示す図
【図１１】第５実施形態に係るガス種判定のための３点の電気抵抗値の検出点の一例を示す図
【図１２】第５実施形態に係るガス種判定のための４点の電気抵抗値の検出点の一例を示す図
【図１３】別実施形態に係る第２判定、ガス種判定及び通常周期の変更を示すフロー図
【図１４】別実施形態に係る第１判定、通電時間の変更、第２判定、ガス種判定及び通常周期の変更を示すフロー図
【図１５】従来のガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明に係るガス検知装置１００の第１実施形態について詳細を説明する。
ガス検知装置１００は、図１に示すように、検出対象ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層１０及びガス検知層１０を加熱するヒータ層６を形成した薄膜センサ素子（センサ素子の一例）２０と、ヒータ層６へ所定の通常周期で通電を行って、ガス検知層１０の温度を変化させる通電駆動手段１２と、ヒータ層６への通電時（検出タイミング）のガス検知層１０の電気抵抗値（電気的特性の一例）に基づいて検出対象ガスを検出するガス検出手段１３と、ヒータ層６への通電時のガス検知層１０の電気抵抗値（電気的特性の一例）に基づいてガス検知層１０の雰囲気中に存在するガス種を判定するガス種判定手段１４と、ガス種判定手段１４によるガス種の判定結果に応じて所定の通常周期を通常周期よりも短縮した短縮周期に変更する通電周期変更手段１５と、これらに電力供給するリチウム電池（図示せず）とを備えて構成される。
また、ガス検知装置１００では、図２に示すように、薄膜センサ素子２０は、検出対象ガスを流入可能な流入口３０を備えた筐体３１の内部に設けられ、ガス流入口３０から筐体の内部に至る間の流路には非検出対象ガスが付着する活性炭吸着層（フィルタ手段の一例）３２が設けられている、したがって、薄膜センサ素子２０には、外部から流入口３０を介してのみ検出対象ガス等が流入されるように構成されており、ガス検知装置１００は流入口３０以外の箇所が密閉された状態でパッケージ化されている。
なお、後述するように、ガス検知装置１００においては、検出対象ガスは、例えば、メタンガスとされており、基本的には、ヒータ層６への通電を所定の周期で断続的に行って、ヒータ層６への通電時の終了間際の高温状態において、ガス検知層１０の電気抵抗値が比較的安定する状態（図３では、通電開始から２００ｍｓ経過時）にてメタンガスを検出するように構成されている。
【００４３】
なお、図１及び図２は、ガス検知装置１００の概略構成を示す図であり、図３は、ヒータ層６への通電時における、空気、空気に１０００ｐｐｍの濃度で含まれるメタンガス、空気に４０００ｐｐｍの濃度で含まれるメタンガス、空気に４０００ｐｐｍの濃度で含まれる水素ガス、空気に５００ｐｐｍの濃度で含まれる一酸化炭素ガス、それぞれの通電時間と電気抵抗値との関係を示しており、図４は、ガス検出（第１判定及び第２判定）、ガス種判定及び通電周期の変更を示すフローを示している。
【００４４】
〔薄膜センサ素子〕
図１に本発明の実施形態に用いた薄膜センサ素子２０の構造を示す。
薄膜センサ素子２０は、薄膜状の支持層５の外周部又は両端部がＳｉ基板１により支持されたダイアフラム構造の支持基板上に、検出対象ガスの有無及び濃度の少なくとも一方により電気的特性としての電気抵抗値が変化するガス検知層１０、及びガス検知層１０を加熱するためのヒータ層６を形成して構成されている。
【００４５】
次に、薄膜センサ素子２０の詳細な構造及び製造方法を説明する。
薄膜センサ素子２０は、半導体プロセスによりＳｉ基板１上に、熱酸化膜２、Ｓｉ3Ｎ4膜３、ＳｉＯ2膜４が順次積層された支持層５を設けて構成され、さらにこの支持層５の上にヒータ層６を設け、当該ヒータ層６の上側に全体を覆う状態でＳｉＯ2膜からなる絶縁層（電気絶縁層の一例）７を設けるとともに、当該絶縁層７の上に一対の電極層９を設け、当該一対の電極層９上及びこれら電極層９に渡ってガス検知層１０を設けて構成される。さらに、図１に示す例の場合は、一対の電極層９およびガス検知層１０の全体を覆う形態で、選択燃焼層１１が設けられている。その各々の層厚は０．１〜５０μｍ程度のものである。そして、薄膜センサ素子２０による一回のガス検出のために必要な期間の消費電力量が８．０ｍＪ未満とされ、通電を開始してからガス検知層１０の温度が所定の高温状態となるまでの薄膜センサ素子２０の応答時間は、５０〜１００ｍｓとなる。
ガス検知層１０は、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）のｎ型半導体を、スパッタリング法などにより形成したものである。
【００４６】
選択燃焼層１１は、金属酸化物からなる担体上に触媒を担持して構成されるものであり、触媒を担持した金属酸化物をバインダーを介して互いに結合させて層状に構成するものである。
触媒としては、検出対象ガスに対して干渉ガスともなる還元性ガスを酸化除去できる、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を使用する。
担体を構成する金属酸化物としては、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化インジュウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化銅（ＣｕＯ）あるいはこれらの混合物等を使用できる。
また、上記の金属酸化物（触媒を担持する金属酸化物）同士を結合させるバインダーとしては、例えばアルミナ微粉末、アルミナゾル、シリカ微粉末、シリカゾル、マグネシアを使用することができる。
ここで、上記のような触媒、金属酸化物、バインダーはいずれも、１種類を単独で使用してもよいし、２種以上を併用することもできる。
【００４７】
薄膜センサ素子２０は、以下のように製造される。
図１に示すように、両面に熱酸化膜２が付いたＳｉ基板１上に、ダイアフラム構造の支持層５として、Ｓｉ3Ｎ4膜３、ＳｉＯ2膜４を、順次プラズマＣＶＤ法にて形成する。次にダイアフラム構造の中央部分にヒータ層６、このヒータ層６を覆うようにＳｉＯ2絶縁層７を、順にスパッタ法で形成する。その上に一対の接合層８、この接合層８の上に一対の電極層９を形成する。成膜はＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、通常のスパッタリング法によって行なう。成膜条件は接合層（ＴａまたはＴｉ）８、電極層（ＰｔまたはＡｕ）９とも同じで、Ａｒガス圧力１Ｐａ、基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ2、膜厚は、例えば接合層８／電極層９＝５００Å／２０００Åとする。
【００４８】
次に、前記一対の電極層９上及びこれら電極層９に渡ってガス検知層１０であるＳｎＯ2膜を成膜する。成膜にはＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、反応性スパッタリング法によって行なう。ターゲットにはＳｂを０．５質量％有するＳｎＯ2を用いる。成膜条件はＡｒガス圧力２Ｐａ、基板温度１５０〜３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ2である。ガス検知層１０の大きさは５０〜２００μｍ角程度、厚さは、例えば、０．２〜１．６μｍ程度が望ましい。
【００４９】
ガス検知層１０の上にはＡｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3などの多孔質金属酸化物からなる担体にＰｄまたはＰｔなどの貴金属酸化触媒を担持し、無機バインダーと溶剤でペースト状にした選択燃焼層材料をスクリーン印刷法により塗布し、５００℃で１時間以上焼成することによって、ガス検知層１０の全体を覆うように選択燃焼層１１を形成する。選択燃焼層１１は、ガス検知層１０の全体を十分に覆いきる大きさに形成する必要がある。最後に、Ｓｉ基板１の裏面よりエッチングによりＳｉ（シリコン）を除去し、ダイアフラム構造とする。
選択燃焼層１１の役割は、検出対象ガスであるメタンガス以外の水素ガス、一酸化炭素ガス、アルコールガスなどの還元性ガス（非検出対象ガス）を燃焼してガス検知層１０に到達しないようにし、薄膜センサ素子２０にガス選択性を持たせることにある。さらに、ガス検知層１０の表面に酸素を供給することにより、感度を向上する役割をも果たしていると考えられる。
この選択燃焼層１１に含まれるＰｄまたはＰｔなどの貴金属酸化触媒の担持量は、５〜９質量％（触媒質量／（触媒＋担体）質量×１００）とする。
【００５０】
〔筐体、活性炭吸着層〕
筐体３１は、図２に示すように、薄膜センサ素子２０を載置して固定可能な円板状のベース３１ａと、ベース３１ａに載置固定された薄膜センサ素子２０を内部に収容することが可能な円筒状のキャップ３１ｂとを備えて構成されている。この筐体３１は、薄膜センサ素子２０が内部に設けられた状態のベース３１ａ上にキャップ３１ｂの一端側が溶接され、さらにキャップ３１ｂの他端側には外部から検出対象ガスを流入可能なガス流入口３０が形成されて構成されている。このガス流入口３０には、ステンレス等の金網が張設されて、検出対象ガスを流入可能に構成されている。従って、筐体３１は、ガス流入口３０以外から検出対象ガス及び非検出対象ガス等が出入することが困難となるように密閉された状態で、パッケージ化して構成されている。なお、キャップ３１ｂは、ステンレス等のメタルキャップとして、薄膜センサ素子２０のパッケージ化を強化する構成とすることもできるが、樹脂等のキャップとして差込式で固定するようにしてもよい。ベース３１ａは、ベース３１ａの表裏を貫通する複数本のステムにより支持されている。
さらに、筐体３１内において、外部からガス流入口３０である金網を通過した箇所には、非検出対象ガスを吸着除去するための活性炭吸着層３２が、ステンレス等の活性炭用金網３３により支持固定された状態で設けられている。
この活性炭吸着層３２は、例えば、活性炭、シリカゲル、あるいは、それら活性炭とシリカゲルとを組み合わせた材料にて形成されている。
そして、ガス流入口３０からキャップ３１ｂ内に流入するガス中に含まれる非検出対象ガス（例えば、アルコール等の有機溶剤のガス、シリコン蒸気、ＮＯｘ）等を活性炭吸着層３２により吸着除去する構成となっている。なお、活性炭吸着層３２は、活性炭量の増加、粒度分布の改善、充填密度の変更、機能の異なる活性炭の積層等を調整して、薄膜センサ素子２０のパッケージを強化する構成とすることもできる。例えば、表１で示したような、各種パッケージとして構成することが可能である。なお、上述したように、薄膜センサ素子２０のパッケージを強化すると、非検出対象ガスの影響を低減することができるが、検出対象ガスの検知応答性が低下することとなる。なお、検知応答時間は、筐体３１の外部に存在する検出対象ガスが筐体３１の内部に設けられた薄膜センサ素子２０に到達して、ガス検知層１０にて検出対象ガスが警報すべき濃度以上存在することを検出することが可能となる下限時間であり、上記のようにパッケージが強化されたガス検知装置１００では、パッケージが強化されていないガス検知装置１００と比較して長い時間となる傾向にある。
ここで、本実施形態における図５、図７に示す例では、薄膜センサ素子２０のパッケージとして、表１に示す強化構造で標準活性炭、厚さ２倍（通常の厚さに対し２倍）、メタルキャップ溶接式の構成を採用し、検知応答時間が４５ｓのものを採用している。
【００５１】
〔通電駆動手段〕
次に、通電駆動手段１２は、ヒータ層６へのパルス状の通電を所定の通常周期で断続的に行って、ガス検知層１０の温度を高温状態と低温状態との間で繰り返し変化させることができるように構成されている。このパルス通電は、例えば、パルス通電から次のパルス通電が行われるまでの間隔を４５ｓ周期とし、その４５ｓのうち、ヒータ層通電を２００ｍｓの間実施し、４４．８０ｓの間実施しないように、断続的に（繰り返し）行うことができる。すなわち、図５における検出タイミングが、パルス通電から次のパルス通電が行われるまでの間隔（４５ｓ周期）で存在する。
また、通電駆動手段１２は、後述する通電周期変更手段１５から通電周期を変更する通電周期変更信号を受信したときは、通常周期をこの通常周期よりも短縮した短縮周期とすることができるように構成されている。このときのパルス通電は、例えば、パルス通電から次のパルス通電が行われるまでの間隔を１０ｓ周期とし、その１０ｓのうち、ヒータ層通電を２００ｍｓの間実施し、９．８０ｓの間実施しないように、断続的に（繰り返し）行うことができる（図３、図５参照）。
ここで、メタンガスを良好に検出することができる上記高温状態は、検出対象ガスに応じて設定することができ、例えば、メタンガスの場合には、３５０℃〜４５０℃（高温状態）とすることにより精度高く検知することができる。
また、通電駆動手段１２がヒータ層６を高温状態にまで加熱する際には、薄膜センサ素子２０の周囲温度を検出して、この周囲温度に応じて補正を行った上で、ヒータ層６への通電を制御することが好ましい。これにより、適切な通電により、ヒータ層６の温度を高温状態にまで正確に加熱することができる。
【００５２】
〔ガス検出手段〕
ガス検出手段１３は、ガス検知層１０の温度が検出対象ガスを精度高く検出可能な温度になった状態（高温状態）での、ガス検知層１０の電気抵抗値に基づいて、検出対象ガスの有無や濃度を検出することができるように構成されている。すなわち、ヒータ層６に通電してメタンガス存在下でガス検知層１０が高温状態となるに従い、このガス検知層１０の電気抵抗値が低下して所定の電気抵抗値に近づいて安定化するため、この安定化した電気抵抗値を用いることにより、メタンガスの有無や濃度を正確かつ精度の高い状態で検出することができる。なお、上記電気抵抗値は、薄膜センサ素子２０中に直列に設けられた固定抵抗と可変抵抗のうち、可変抵抗の電気抵抗値を意味している。
具体的には、図３に示すように、本実施形態において、上記通電駆動手段１２による通電が開始されてからヒータ層６への通電が終了する２００ｍｓ経過時点までとされる時間帯内において、安定化した電気抵抗値が得られるのは、ヒータ層６への通電が終了する間際である２００ｍｓ経過時であるので、この２００ｍｓ経過時にメタンガスを検出するように設定されている（図３上、第２判定と記載）。したがって、ガス検知層１０の雰囲気中にメタンガスが存在する場合と存在しない場合の電気抵抗値や、雰囲気中（例えば、空気中）に特定の濃度のメタンガスが存在する場合の電気抵抗値を予めガス検知装置（薄膜センサ素子）ごとに設定しておき、この設定結果と通電開始から２００ｍｓ経過時に検出した電気抵抗値とを比較することにより、メタンガスの有無や濃度を検出することができる。例えば、通電開始から２００ｍｓ経過時に検出した電気抵抗値がメタンガス漏れ用の警報閾値（メタンガスが空気中に２０００ｐｐｍ程度の濃度で存在する場合の電気抵抗値：第２閾値の一例）よりも低下している場合（メタンガスが空気中に４０００ｐｐｍの濃度で存在する場合など）には、メタンガスが漏れているものとしてガス漏れを検出することができる。
一方、ガス検出手段１３は、通電駆動手段１２による通電が開始されてヒータ層６への通電が終了する間際である２００ｍｓ経過時の電気抵抗値を用いて上記第２判定を行う前、すなわち、通電が開始された後、第２判定が行われる前に検出した電気抵抗値を用いて第１判定を行うことが可能に構成されている。この際には、上記第２判定において、第２閾値としての警報閾値よりも大きな電気抵抗値の第１閾値を用いて第１判定を行うことにより、第２判定よりも緩い基準で簡易な判定を第２判定よりも先に行うことができる。これにより、第１判定により簡易な判定を行ってガス漏れが生じていないと考えられる場合には、より精度の高い判定（第２判定等）を省略することにより、簡易な構成とするとともに消費電力の低減を図ることができる。
具体的には、図３に示すように、第１判定では、通電開始から１００ｍｓ経過時に検出した電気抵抗値が第１閾値よりも低下している場合には、第２判定を行う必要があるものとして判断する。ここで、第１閾値は、例えば、空気中に比較的低濃度（例えば、１０００ｐｐｍ程度）のメタンガスが存在する場合と、空気中に水素ガス（例えば、４０００ｐｐｍ程度）や一酸化炭素ガス（例えば、５００ｐｐｍ程度）等のメタンガス以外のガスが存在する場合とをある程度弁別することができる電気抵抗値に設定されるとともに、さらに、第１判定が行われるタイミングは、第１閾値が上記のような弁別ができるようなヒータ層６への通電の開始からの経過時間（図３では、１００ｍｓ程度）に設定されている。これにより、精度は低いものの、第１閾値よりも電気抵抗値が低下していない場合には、空気や比較的低濃度のメタンガスが存在しており、警報の必要がないと判断して、第２判定を省略でき、一方、電気抵抗値が低下している場合は、メタンガス以外のガスや比較的高濃度のメタンガスが存在している可能性が高いものと判断して、より精度の高い第２判定を行うことができる。
したがって、本実施形態において、ガス検出手段１３は、第１閾値による第１判定を行い、必要に応じて第２判定を行うように構成されている。なお、第２判定が行われた結果に従って、後述するガス種判定手段１４によるガス種の判定が行われる。
【００５３】
〔ガス種判定手段〕
ガス種判定手段１４は、ヒータ層６への通電を開始してから通電終了間際程度（例えば、２０〜２００ｍｓ、好ましくは、２０〜１００ｍｓ、より好ましくは２０〜８０ｍｓ程度）の電気抵抗値の変化状態に基づいて、ガス検知層１０の雰囲気中に存在するガスの種類を検出することができるように構成されている。ここで、図３に示すように、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との関係（変化状態）は、空気中に含まれるガス種がメタンガスの場合、時間が経過するにつれ電気抵抗値が漸近減少し、所定の値に安定化する軌跡を描くものであり、一方、空気中に含まれるガス種がメタンガス以外の場合、時間が経過するにつれ電気抵抗値が漸近減少し、所定の極小値を経て漸近増加に転じる軌跡を描くものである。したがって、ガス種判定手段１４により、ガス検知層１０の雰囲気中のガス種を判定するに当たり、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との軌跡が、どのような軌跡を描くかを調べることにより、正確かつ簡便にガス種（検出対象ガスであるメタンガスか、メタンガス以外の一酸化炭素ガス若しくは水素ガス等か）の判定をすることができる。
【００５４】
具体的には、ヒータ層通電時における複数の電気抵抗値の差分に基づいて空気中に含まれるガス種を判定する。
すなわち、図３に示すように、ヒータ層６への通電を開始してから通電終了までの時間を２００ｍｓにした場合に、メタンガス以外のガス（一酸化炭素、水素）である場合の電気抵抗値は、例えば、通電開始から４０ｍｓ程度経過後、１００ｍｓ程度経過するまでの間では漸近増加していることから、この４０ｍｓから１００ｍｓ間程度での電気抵抗値を２点（例えば、４０ｍｓ時と６０ｍｓ時、６０ｍｓ時と８０ｍｓ時など）で検出して、通電時間の長い方の電気抵抗値から短い方の電気抵抗値を引いた値（差分）が、正であるときは、メタンガス以外のガスが存在すると判定することができる。一方、メタンガスの場合の電気抵抗値は、上記４０ｍｓから１００ｍｓ間では、漸近減少して安定化していることから、上記差分が負であるときは、メタンガスが存在すると判定することができる。なお、図３では、空気に１０００ｐｐｍの濃度でメタンガスが含まれている場合の電気抵抗値は、第１閾値付近で安定化しつつある。上記では２点の電気抵抗値を用いて差分をとったが、３点以上の電気抵抗値の差分をとってもよく、また、電気抵抗値の微分値から傾きを検出して、ガス種を判定してもよい。
【００５５】
また、ヒータ層通電時における極小値の存在に基づいて空気中に含まれるガス種を判定することもできる。
すなわち、図３に示すようにヒータ層６への通電を開始してから通電終了までの時間を２００ｍｓにした場合に、メタンガス以外のガス（一酸化炭素、水素）である場合の電気抵抗値は、通電開始から漸近減少し、例えば、２０ｍｓ程度経過後４０ｍｓ程度経過するまでの間で極小値を迎え、４０ｍｓ程度経過後１００ｍｓ程度経過するまで漸近増加している。したがって、３点（例えば、２０ｍｓ時、４０ｍｓ時、６０ｍｓ時など）の電気抵抗値を検出して、これら電気抵抗値のうち４０ｍｓ時の電気抵抗値が一番小さい値となっているなど、２０ｍｓ時から６０ｍｓ時までの間で電気抵抗値が極小値を有しているときには、メタンガス以外のガスが存在すると判定することができる。一方、メタンガスの場合の電気抵抗値は、通電開始から１００ｍｓの間では、漸近減少して安定化していることから極小値は存在せず、上記３点（例えば、２０ｍｓ時、４０ｍｓ時、６０ｍｓ時など）の電気抵抗値が極小値を有しないときは、メタンガスが存在すると判定することができる。なお、この際には、さらに、４点以上の電気抵抗値をとってもよく、また、電気抵抗値の微分値から傾きを検出して、ガス種を判定するようにしてもよい。
【００５６】
〔通電周期変更手段〕
通電周期変更手段１５は、所定の通常周期を通常周期よりも短縮した短縮周期に変更することができるように構成されている。すなわち、通電周期変更手段１５は、ガス種判定手段１４によるガス種の判定結果に従って、判定結果が検出対象ガスとしてのメタンガスである場合には、通常周期を短縮周期に変更し、一方、判定結果がメタンガス以外のガスの場合には通常周期をそのままの値に維持するように構成されている。これにより、ガス検知層１０の雰囲気中に存在するガス種に応じて通電周期を短縮するか否かを判断することができるので、ガス種に応じて短縮が必要な場合にのみ通常周期を短縮して、メタンガスを検出することが可能となる。例えば、図５では、通電周期変更手段１５が、通常周期４５ｓを短縮周期１０ｓに短縮するように構成される例を示し、変更後の短縮周期１０ｓを維持して複数の検出タイミングにてメタンガスの検出を行う例も示している。
そして、通電周期変更手段１５は、短縮周期における検出タイミングが、検知応答時間以上で、かつ、検知応答規定時間よりも短い時間帯内となるように通常周期を短縮周期に短縮することができるように構成されている。検知応答規定時間は、筐体３１の外部に存在する検出対象ガスを、筐体３１の内部に設けられた薄膜センサ素子２０のガス検知層１０にて検出することが必要とされる時間である。なお、検知応答時間は各ガス検知装置について予め計測したものを用いることができ、検知応答規定時間は法律等により予め定められており、これらはガス検知装置１００に設けられたメモリ（図示せず）等に記憶されている。
【００５７】
〔電池〕
電池は、ガス検知装置１００の内部に配置されて、上記各手段に電力を供給するように構成されている。例えば、耐用年数の比較的長いリチウム電池を用いる。
【００５８】
〔メタンガスの有無および濃度の検出、ガス種の判定、通電周期変更〕
以下、図３から図６を用いて、上記構成のガス検知装置１００における、ガス検知層１０の雰囲気（空気）中に存在するメタンガスの存在の有無・濃度の検出（第１判定、第２判定）、ガス種の判定、及び通常周期の変更に関し、以下に説明する。
【００５９】
まず、ガス検出手段１３による第１判定について説明すると、図４に示すように、通電駆動手段１２によりヒータ層６に通電が開始されると（ステップ＃１）、通電の開始から２００ｍｓが経過するまで通電が行われ、その後通電を停止して通電の開始から４５ｓ経過時に再度加熱をする通常周期で、通電と通電の停止が繰り返される（ステップ♯２）。すなわち、図３に示すように、通電の開始から２００ｍｓが経過するまでの通電時間に、ガス検出手段１３により第１判定及び第２判定が行われ、この第１判定や第２判定を行うタイミングが検出タイミングである。
そして、ガス検出手段１３は、通電開始から１００ｍｓ経過時にガス検知層１０の電気抵抗値を検出して、この電気抵抗値が第１閾値よりも低下しているか否かの第１判定を行う（ステップ＃３）。電気抵抗値が第１閾値よりも低下していない場合には（ステップ＃３：Ｎｏ）、ガス検知層１０の雰囲気には、空気、或いは空気中に比較的低濃度（例えば、１０００ｐｐｍ程度）のメタンガスが存在するものとして（図３参照）、ステップ＃２に戻り通常周期にて第１判定による検出を行う。一方、電気抵抗値が第１閾値よりも低下している場合には（ステップ＃３：Ｙｅｓ）、空気中に水素ガス（例えば、４０００ｐｐｍ程度）や一酸化炭素ガス（例えば、５００ｐｐｍ程度）等のメタンガス以外のガス、或いはメタンガスが高濃度（例えば、４０００ｐｐｍ程度）で存在する可能性があるものとして（図３参照）、より高精度な第２判定を行うためステップ♯４に進む。これにより、第２判定を行う前に、第１判定により簡易な判定を行って、所定濃度以上のメタンガス漏れが生じていないと考えられる場合には、より精度の高い判定を省略することにより、簡易な構成とするとともに消費電力の低減を図ることができる。
【００６０】
次に、ガス検出手段１３は、通電開始から２００ｍｓ経過時にガス検知層１０の電気抵抗値を検出して、この電気抵抗値が警報閾値（第２閾値）以下であるか否かの第２判定を行う（ステップ＃４）。電気抵抗値が警報閾値以下である場合には（ステップ＃４：Ｙｅｓ）、比較的高濃度のメタンガス（例えば、空気中に４０００ｐｐｍ程度）が存在しているものとして、ガス漏れ警報を発する（ステップ♯６）。これにより、電気抵抗値が警報閾値以下となることにより、雰囲気中のメタンガス濃度が所定の濃度よりも濃くなったものと判断でき、この場合、ガス検知装置１００の周囲に存在する人にスピーカ等からの警報の発生や液晶ディスプレイでの警報の表示などにより、メタンガス漏れの異常状態の発生を報知することができる。
一方で、電気抵抗値が警報閾値を超えている場合には（ステップ＃４：Ｎｏ）、第１判定における電気抵抗値が第１閾値よりも低下している原因が、メタンガス以外のガスによるものかメタンガスの影響によるものかを特定することができないため、ガス種判定手段１４によりガス種の判定を行う（ステップ＃５）。
【００６１】
ガス種判定手段１４は、ガス検出手段１３により検出されたヒータ層６への通電の開始から２００ｍｓ経過時における電気抵抗値の変化状態に基づいて、ガス検知層１０の雰囲気中のガス種を判定する。すなわち、上記ガス種判定手段１４の説明のように、例えば、２点（４０ｍｓ時と６０ｍｓ時）の電気抵抗値を検出してその電気抵抗値の差分が、正であれば空気にメタンガスを含まれない（ステップ＃７：Ｎｏ）と、負であれば空気にメタンガスが含まれる（ステップ＃７：Ｙｅｓ）とガス種を判定する。メタンガスが含まれない、すなわち、メタンガス以外のガスが存在する場合には（ステップ＃７：Ｎｏ）、メタンガス漏れが生じていないものとしてステップ＃２に戻り、通常周期にて第１判定による検出を行う。メタンガスが含まれる場合には（ステップ＃７：Ｙｅｓ）、ステップ♯４に戻り、高濃度のメタンガスが存在しているか否かを再度判定する（第２判定）。
【００６２】
ここで、ステップ♯４において再度、第２判定を行う際には、通電周期変更手段１５が通常周期を短縮周期に変更して（ステップ♯８）、短縮周期における検出タイミングでの電気抵抗値を用いて、第２閾値と比較する第２判定が行われる（ステップ♯４）。
すなわち、通電周期変更手段１５は、ガス種判定手段１４によりガス検知層１０の雰囲気中にメタンガスが存在する場合には、ヒータ層６への通電を通常周期から短縮周期に変更する（ステップ♯８）。
このように、通常周期を短縮周期に変更して第２判定を行うのは、より精度を上げてメタンガスの検出を行うことに加え、背景技術において図１５を用いて説明したように、ガス検知装置１００のパッケージ強化に伴い検知応答性が低下（検知応答時間が増加）した場合でも、ガス漏れから警報を発するまでの時間が検知応答規定時間を超えない状態で、検出対象ガスを検出するためである。この場合、通電周期変更手段１５は、周期的に繰り返される各検出タイミングの何れかが、検知応答時間以上、かつ、検知応答規定時間よりも短く設定された時間帯内となるように、通常周期を短縮した短縮周期とする。
【００６３】
このステップ♯８により、例えば、図５に示すように、検知応答時間４５ｓの強化パッケージのガス検知装置１００の通電周期を通常周期４５ｓ（検出タイミングが４５ｓ毎に来る周期）で駆動した場合、第１回目の検出タイミング（０ｓ）と同時にガス漏れが発生した場合（ケース１）は、第２回目の検出タイミングである４５ｓ後の検知応答規定時間内（ガス漏れ発生から６０ｓ内）に警報する。一方で、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、５ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース２）には、ガス漏れから４０ｓ後の第２回目の検出タイミング（４５ｓ）では検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しないが、ガス種判定手段１５が警報すべき濃度未満の検出対象ガスを検知してガス種を判定して必要に応じて（例えば、検出対象ガスが存在する場合に）、ヒータ層６への通電を通常周期４５ｓから短縮周期１０ｓに短縮することにより、ガス漏れから５０ｓ後の第３回目の検出タイミング（５５ｓ）で警報することができ、ガス漏れから警報を発するまで５０ｓしか経過していないので、検知応答規定時間を満たすことができる。同様に、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、２５ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース３）には、ガス漏れから２０ｓ後の第２検出タイミング（４５ｓ）では検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しないが、ガス種判定手段１５が警報すべき濃度未満の検出対象ガスを検知してガス種を判定して必要に応じて（例えば、検出対象ガスが存在する場合に）、ヒータ層６への通電を通常周期４５ｓから短縮周期１０ｓに短縮することにより、ガス漏れから５０ｓ後の第５回目の検出タイミング（７５ｓ）で警報することができ、ガス漏れから警報を発するまで５０ｓの時間しか経過していないので、検知応答規定時間を満たすことができる。なお、図５のケース３において、第３、第４回目の検出タイミングでは、検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しない。
【００６４】
ここで、図６に、複数のガス検知装置１００について、通電周期変更手段１５が上記のように通常周期を短縮周期に変更した場合、及び通常周期を短縮周期に変更しない場合に、ガス漏れ発生から警報までの時間（縦軸）と、検出タイミングからガス漏れ発生までの遅れ時間（横軸）との関係を示す。なお、図６では、通常周期は４５ｓ、短縮周期は１０ｓ、検知応答規定時間は６０ｓに設定した。また、ガス検知装置の検知応答時間は、表１で示す検知応答時間が２５ｓ、４５ｓ、５０ｓのものを用いた。具体的には、実施例１、２が表１において検知応答時間が４５ｓ、５０ｓのそれぞれのガス検知装置１００で、通常周期を短縮周期に変更する形態の本願の実施例である。一方、比較例１、２、３が表１において検知応答時間が２５ｓ、４５ｓ、５０ｓのそれぞれのガス検知装置で、通常周期のみで短縮周期に変更しない形態の従来の例である。
図６から判明するように、本願に係る実施例１及び２では、検知応答時間が４５ｓ、５０ｓと比較的長い（パッケージが強化され、非検出対象ガスによる影響を受けにくい）にも拘わらず、ガス漏れ発生の遅れ時間がどの値をとった場合でも、警報までの時間は検知応答規定時間である６０ｓよりも短い時間となっており検知応答規定時間を超えることはなく、確実にかつ早期に警報を発することが可能となっている。
一方、比較例１では、ガス漏れ発生の遅れ時間がどの値をとった場合でも、警報までの時間は検知応答規定時間である６０ｓよりも短い時間となっているが、検知応答時間が短い、すなわち、ガス検知装置の気密性や活性炭吸着層の機能が低い状態であり、非検出対象ガスの影響を受け易く、正確なメタンガスの検出を行うことが困難となる場合がある。
他方、比較例２、３では、検知応答時間が４５ｓ、５０ｓと比較的長い（パッケージが強化され、非検出対象ガスによる影響を受けにくい）ものの、ガス漏れ発生の遅れ時間が所定の値をとった場合には、警報までの時間が検知応答規定時間である６０ｓよりも長くなってしまい、検知応答規定時間を満足することができなくなっている。
よって、本願のように、通電周期変更手段１５によりヒータ層６に通電する通常周期を短縮周期に短縮することにより、パッケージが強化されたガス検知装置１００を用いて非検出対象ガスの影響を排除して、より正確な検出対象ガスの有無及び濃度の検出を行うことができ、また、ガス種に応じて必要な場合にのみ通常周期を変更（検出タイミングを変更）し無駄に変更が行われることを防止して、消費電力の低減を図ることができる。しかも、ガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を極力短くして検知応答規定時間内に警報を発することができる。
【００６５】
〔第２実施形態〕
上記第１実施形態では、通電駆動手段１２及び通電周期変更手段１５が、通常周期を４５ｓとし、短縮周期を１０ｓとするとともに、ガス検知装置１００に応じた検知応答時間を４５ｓ、５０ｓ等、及び検知応答規定時間を６０ｓとしたが、検出タイミングが検知応答時間以上で検知応答規定時間よりも短い時間帯内となる構成であれば、これら具体的な数値に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、通常周期を１００ｓ、短縮周期を３０ｓとし、検知応答時間を８０ｓ、検知応答規定時間を１２０ｓとすることもできる。
この場合、図７に示すように、検知応答時間８０ｓの強化パッケージのガス検知装置１００の通電周期を通常周期１００ｓ（検出タイミングが１００ｓ毎に来る周期）で駆動した場合、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、２０ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース１）には、第２回目の検出タイミング（１００ｓ）である８０ｓ後の検知応答規定時間内（ガス漏れ発生から１２０ｓ内）に警報する。一方で、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、３０ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース２）には、ガス漏れから７０ｓ後の第２回目の検出タイミング（１００ｓ）では検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しないが、ガス種判定手段１４が警報すべき濃度未満の検出対象ガスを検知してガス種を判定して必要に応じて（例えば、検出対象ガスが存在する場合に）、ヒータ層６への通電を通常周期１００ｓから短縮周期３０ｓに短縮することにより、ガス漏れから１００ｓ後の第３回目の検出タイミング（１３０ｓ）で警報することができ、ガス漏れから警報を発するまで１００ｓしか経過していないので、検知応答規定時間を満たすことができる。同様に、第１回目の検出タイミング（０ｓ）後、５０ｓ経ってからガス漏れが発生した場合（ケース３）には、ガス漏れから５０ｓ後の第２回目の検出タイミング（１００ｓ）では検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しないが、ガス種判定手段１４が警報すべき濃度未満の検出対象ガスを検知してガス種を判定して必要に応じて（例えば、検出対象ガスが存在する場合に）、ヒータ層６への通電を通常周期１００ｓから短縮周期３０ｓに短縮することにより、ガス漏れから１１０ｓ後の第４回目の（１６０ｓ）で警報することができ、ガス漏れから警報を発するまで１１０ｓの時間しか経過していないので、検知応答規定時間を満たすことができる。なお、ケース３において、第３回目の検出タイミングでは、検知応答時間を経過していないため、警報すべき濃度以上の検出対象ガスを検出しておらず、警報しない。
【００６６】
〔第３実施形態〕
上記第１及び第２実施形態では、図４のステップ♯８において通常周期を短縮周期に変更した後、ステップ♯４に戻って、検出タイミングにおける通電開始から２００ｍｓ経過時における電気抵抗値が、警報閾値（第２閾値）以下であるかの第２判定を行う構成としたが、図８に示すように、この第２判定を行う前に、第１判定を行う構成とすることもできる。短縮周期における電気抵抗値に関し、第２判定による高精度な判定を行う前に簡易な第１判定を行うことにより（ステップ♯９）、第１判定により電気抵抗値が第１閾値よりも低下していないと判定した場合には（ステップ♯９：Ｎｏ）、第２判定を省略して通常周期に戻す（ステップ♯２）。一方で、当該第１判定において電気抵抗値が第１閾値よりも低下していると判定された場合には（ステップ♯９：Ｙｅｓ）、短縮周期に維持したまま当該短縮周期における電気抵抗値を用いて第２判定を行うことができる（ステップ♯４）。これにより、必要な場合にのみヒータ層６への通電を短縮周期に維持した状態でメタンガスの検出を行い、必要でなければ通常周期による通電に戻すことにより、消費電力の低減を図ることができる。なお、ステップ♯１から♯８については、図４と同様であるため説明を省略する。
【００６７】
〔第４実施形態〕
上記第１実施形態では、ヒータ層通電時における複数の電気抵抗値の差分または極小値の存在に基づいて空気中に含まれるガス種を判定したが、ガス種の判定はこれらに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、電気抵抗値の１階微分値と２階微分値とを算出し、１階微分値が０以下の値であり、前記２階微分値が０以上の値である場合は、検知対象ガスであると判断することもできる。
すなわち、図９に示すように、ヒータ層６への通電を開始してから通電終了までの時間を２００ｍｓにした場合に、メタンガス以外のガス（一酸化炭素、水素）である場合の電気抵抗値は、例えば、通電開始から５０ｍｓ程度経過後から通電終了まで２００ｍｓまでは、上昇しつつ一定値に漸近する漸近線を描くように増加していることから、この５０ｍｓから２００ｍｓの間において任意の電気抵抗値を検出して、この１階微分値と２階微分値を求めると、１階微分値が正の値となり、２階微分値が負の値となる。これによって、メタンガス以外のガスが存在すると判定することができる。
一方で、検出対象ガスであるメタンガスの場合の電気抵抗値は、上記５０ｍｓから２００ｍｓ間では、下降しつつ一定値に漸近する漸近線を描くように減少していることから、１階微分値が０以下の値となり、２階微分値が０以上の値となる。従って、この求められた１階微分値と２階微分値の値が、１階微分値が０以下の値となり、２階微分値が０以上の値となる場合はメタンガスが存在すると判定することができる。
なお、上記では１点の電気抵抗値を用いてガス種を判定したが、より確実な判定のために２点以上の電気抵抗値を用いてガス種を判定してもよい。
また、より確実な判定のために、微分値を計算する点は、ノイズに影響されていない点における電気抵抗値として、さらに、データを移動平均して瞬時的変化を除去するなどの処理を行うこともできる。
【００６８】
〔第５実施形態〕
上記第１実施形態では、ヒータ層通電時における複数の電気抵抗値の差分または極小値の存在に基づいて空気中に含まれるガス種を判定したが、ガス種の判定はこれらに限定されるものではない。例えば、図１０〜図１２に示すように、複数の検出タイミングにおける電気抵抗値の１階微分値がすべて０以下となる場合は、検知対象ガス（メタンガス）であると判断することもできる。
すなわち、図１０〜図１２に示すように、ヒータ層６への通電を開始してから通電終了までの時間を２００ｍｓにした場合に、メタンガス以外のガス（一酸化炭素、水素）である場合の電気抵抗値は、例えば、通電開始から５０ｍｓ程度経過後から通電終了まで２００ｍｓまでは、上昇しつつ一定値に漸近する漸近線を描くように増加していることから、この５０ｍｓから２００ｍｓの間において任意の複数の検出タイミングにおける電気抵抗値を検出して、これらの１階微分値を求めると、これらの検出タイミングにおける電気抵抗値の１階微分値がすべて正の値となる。これによって、メタンガス以外のガスが存在すると判定することができる。
一方で、検出対象ガスであるメタンガスの場合には、上記５０ｍｓから２００ｍｓ間では、下降しつつ一定値に漸近する漸近線を描くように減少していることから、任意の検出タイミングにおける複数の電気抵抗値の１階微分値はすべて０以下の値となる。従って、複数の電気抵抗値の１階微分値の値がすべて０以下の値となる場合はメタンガスが存在すると判定することができる。
なお、図１０は電気抵抗値を２点で検出してガス種を判定する場合の一例を示す図である。この場合、通電経過時間が５０ｍｓ（Ｔ１）および１５０ｍｓ（Ｔ２）とされる２点の電気抵抗値が検出されている。図１１は電気抵抗値を３点で検出してガス種を判定する場合の一例を示す図である。この場合、通電経過時間が５０ｍｓ（Ｔ１）、１００ｍｓ（Ｔ２）および１５０ｍｓ（Ｔ３）とされる３点の電気抵抗値が検出されている。
そして、図１２は電気抵抗値を４点で検出してガス種を判定する場合の一例を示す図である。この例では、通電経過時間が１５ｍｓ付近（Ｔ１）、３０ｍｓ付近（Ｔ２）、１００ｍｓ（Ｔ３）および１５０ｍｓ（Ｔ４）とされる４点の電気抵抗値が検出されている。この場合、１５ｍｓ付近（Ｔ１）、３０ｍｓ付近（Ｔ２）において検出されたメタン以外のガスの電気抵抗値の１階微分値はメタンガスの場合と同様に０以下の値となる。
また、上記では２点〜４点の電気抵抗値を用いてガス種を判定したが、より確実な判定のために５点以上の検出点における電気抵抗値を用いてガス種を判定してもよい。
なお、より確実な判定のために、微分値を計算する複数の点は、ノイズに影響されないように互いに間隔が取られており、また、データを移動平均して瞬時的変化を除去するなどの処理を行うこともできる。
【００６９】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態においては、ガス検出手段１３が、第１判定を行った後、第２判定を行う構成としたが、特にこの構成に限定されるものではなく、例えば、第１判定を省略して、第２判定のみを行う構成とすることもできる。すなわち、図１３に示すように、図４のフローチャートにおいてステップ＃０３を省略して、電気抵抗値が第１閾値より低下しているか否かを判定する第１判定を行わずに、電気抵抗値が警報閾値（第２閾値）以下であるか否かの第２判定を行うことができる。
【００７０】
（２）上記実施形態においては、ガス検知層１０（薄膜センサ素子２０）の電気的特性として可変抵抗の電気抵抗値を用いてガス種及びメタンガスの存在を検出したが、特にこれに限定されるものではなく、ガス検知層１０（薄膜センサ素子２０）の固定抵抗の出力電圧を用いてガス種及びメタンガスの存在を検出することもできる。
【００７１】
（３）上記実施形態においては、ガス検知層１０を酸化スズ（ＳｎＯ2）を主成分とする材料からなるものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、このような主成分材料としては、検出対象ガスに応じ、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）等も採用できる。
【００７２】
（４）上記実施形態においては、内蔵された電池からの電力供給により駆動するように構成したが、特にこれに限定されるものではなく、ガス検知装置の設置箇所の近傍に固定電源が存在するのであれば、この固定電源から電力供給を受ける構成としてもよい。
【００７３】
（５）上記実施形態においては、図１に示したように、支持層５の上に設けられたヒータ層６の全体を覆う状態でＳｉＯ2膜からなる絶縁層７が設けられ、当該絶縁層７の上に一対の電極層９が設けられる構成を例示した。しかし、絶縁層７が設けられることなく、ヒータ層の上に電極層が設けられる構成であってもよい。また、電極層とヒータ層とが独立して設けられず、兼用される構成であってもよい。
【００７４】
（６）上記実施形態においては、検出対象ガスをメタンガスとして説明したが、メタンガスと同様の電気的特性の変化状態をもつガスであれば、特に制限無く検出対象ガスとすることができる。
【００７５】
（７）上記実施形態においては、ヒータ層への通電時間を一定時間（例えば２００ｍｓ）としているが、例えば、第１判定の判定結果に基づいて、ヒータ層への通電時間を変更することもできる。すなわち、図１４に示すように、電気抵抗値が第１閾値より低下しているか否かを判定する第１判定を行い、電気抵抗値が第１閾値より低下していなければ、ヒータ層への通電時間を通常通電時間（例えば１００ｍｓ）とする（ステップ＃０９）。また、電気抵抗値が第１閾値より低下していると、ヒータ層への通電時間を通常通電時間よりも長い延長通電時間（例えば２００ｍｓ）とする（ステップ＃１０）。このように、第１判定の判定結果に基づいて、電気抵抗値が第１閾値より低下していなければ、ヒータ層への通電時間を通常通電時間（例えば１００ｍｓ）としておくことで、消費電力の低減を図ることができながら、電気抵抗値が第１閾値より低下していると、ヒータ層への通電時間を通常通電時間（例えば１００ｍｓ）よりも長い延長通電時間（例えば２００ｍｓ）として、その後に行う第２判定やガス種判定を精度良く行える。ちなみに、図１４において、ステップ＃０９及びステップ＃１０以外の動作については、図４と同様であるので、その説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、検出対象ガスの有無及び濃度の検出を行うにあたり、非検出対象ガスの影響を排除し、消費電力の低減を図ることができながらも、ガス漏れ発生から警報を発するまでの時間を短くして検知応答規定時間内に警報を発することが可能なガス検知装置及びガス検知方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
６：    ヒータ層
７：    絶縁層（電気絶縁層）
９：    電極層
１０：  ガス検知層
１２：  通電駆動手段
１３：  ガス検出手段
１４：  ガス種判定手段
１５：  通電周期変更手段
２０：  薄膜センサ素子（センサ素子）
３０：  ガス流入口
３１：  筐体
３２：  活性炭吸着層（フィルタ手段）
１００：ガス検知装置
【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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【図１５】
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