(57)【要約】【課題】吸着部材を別途設ける必要がないガスセンサを提供すること。【解決手段】少なくとも一端が固定されて、振動源に共振して振動する梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とするガスセンサである。また、振動源はガスセンサが有している場合と、ガスセンサとは別に設けられている場合とのいずれの場合も含む。【選択図】図１
2015040793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端が固定されて、振動源に共振して振動する梁部材と、
前記梁部材を支持する支持部と、
前記梁部材に固定されて前記梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、
前記梁部材を高分子材料で形成し、
前記梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記梁部材の一部に固定され、揮発性有機化合物を吸着する吸着部材を具備することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記梁部材の一部に固定され、揮発性有機化合物を吸着する少なくとも２つ以上の吸着部材を具備することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
第１の前記梁部材と第１の前記振動検出素子とを有する第１のセンサ部と、
第２の前記梁部材と第２の前記振動検出素子とを有する第２のセンサ部と、
前記第１のセンサ部からの第１の前記振動検出素子の出力信号と、前記第２のセンサ部からの第２の前記振動検出素子の出力信号とが入力され、印加される振動に共振して振動する第１の前記梁部材と第２の前記梁部材との前記第１のセンサ部の第１の共振周波数及び前記第２のセンサ部の第２の共振周波数を抽出して、前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数との差分を算出する信号処理部とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
少なくとも一端が固定されている梁部材と、
前記梁部材を支持する支持部と、
前記梁部材が共振するように振動を印加する駆動部と、
前記梁部材に固定されて前記梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、
前記梁部材を高分子材料で形成し、
前記梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
少なくとも一端が固定されて、外部の振動源に共振して振動する梁部材と、
前記梁部材を支持する支持部と、
前記梁部材に固定されて前記梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、
前記梁部材を高分子材料で形成し、
前記梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
揮発性有機化合物を検出するセンサとして、揮発性有機化合物の分子を含む気体中で振動子を振動させ、分子が振動子の表面に吸着された際の振動子の質量変化を振動子のたわみ量又は共振周波数の変化として検出する振動式センサが用いられている。
【０００３】
振動式センサは、低消費電力化や小型化の面において優れているので、幅広く使用されている。振動子の材料としては、シリコンや水晶等のヤング率の高い材料が用いられる。  例えば、そのようなセンサとして、下記の特許文献１に開示された構成が知られている。この構成では、梁部材の変形に対する共振周波数の変化量を大きくする振動子が用いられている。そして、ガスセンサは、互いに連結されて、振動駆動される第１梁部材及び第２梁部材を備えている。第１梁部材には、形状の変化が可能であるガス感応膜が設けられている。第１梁部材は、ガス感応膜の変形によって、第２梁部材とは異なる態様で変形する。特許文献１に記載の構成では、第１梁部材及び第２梁部材の梁本体の材料として、シリコンが用いられる（例えば、特許文献１の段落［００２１］−［００２２］参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８３３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、揮発性有機化合物を吸着しないシリコンを梁部材に用いている。このため、梁部材（シリコン）の他に吸着部材を必ず設ける必要がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸着部材を別途設ける必要がないガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のガスセンサは、少なくとも一端が固定されて、振動源に共振して振動する梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の側面に従うガスセンサは、少なくとも一端が固定されている梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材が共振するように振動を印加する駆動部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の他の側面に従うガスセンサは、少なくとも一端が固定されて、外部の振動源に共振して振動する梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、吸着部材を別途設ける必要がないガスセンサを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態のガスセンサの構成による作用効果を説明する。なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えない。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のガスセンサ１００の斜視構成を示す図である。まず、構成について説明する。
本実施形態のガスセンサ１００は、少なくとも一端が固定されて、振動源に共振して振動する梁部材１１と、梁部材１１を支持する支持部１３と、梁部材１１に固定されて梁部材１１の振動を検出する振動検出素子１２とからなるガスセンサ１００であって、梁部材１１を高分子材料で形成し、梁部材１１の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域１０とする構成である。
【００１４】
さらに、具体的に構成を説明する。梁部材１１は、その一端が支持部１３に支持されている。梁部材１１と支持部１３とにわたって振動検出素子１２とが設けられている。振動検出素子１２は梁部材１１の上面に、例えばＰＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。
【００１５】
揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる梁部材１１は、上述したように一端が支持部１３に固定されている。支持部１３は駆動部１４に接続されている。したがって、本実施形態のガスセンサ１００は、梁部材１１が駆動部１４により印加される振動に共振して振動するように構成されている。
【００１６】
さらに、本実施形態のガスセンサ１００は、振動検出素子１２が梁部材１１に積層されているため、梁部材１１の振動が振動検出素子１２によって検出される構成となっている。なお、図示していないが、振動検出素子１２から電気信号を検出するための配線は信号処理部に電気的に接続されている。
【００１７】
次に、本実施形態の駆動方法について説明する。図１に示すように、梁部材１１は一端が支持部１３に固定されている。支持部１３は駆動部１４に接続されている。駆動部１４が振動すると、梁部材１１は共振周波数で振動する。
【００１８】
梁部材１１が揮発性有機化合物に暴露されると、梁部材１１の一部に揮発性有機化合物が吸着される。このため、梁部材１１の質量が増える。従って、梁部材１１に吸着された揮発性有機化合物の質量の影響により、梁部材１１の共振周波数が低下する。
【００１９】
また、図１に示すように、梁部材１１の上面に振動検出素子１２が形成されている。梁部材１１が振動すると、振動検出素子１２に応力が伝わる。振動検出素子１２は圧電性を有する材料のため、印加された応力によって電圧を発生する。従って、振動検出素子１２の電圧を測定することにより、梁部材１１の共振周波数を検出できる。
【００２０】
例えば、梁部材１１の長さは１０００μｍ〜２５００μｍ、幅は２００μｍ〜５００μｍ、高さは２０μｍ〜２５０μｍである。
【００２１】
次に、本実施形態の作用について説明する。本実施形態のガスセンサ１００の梁部材１１は、駆動部１４によって印加される振動に共振して振動する。振動検出素子１２は、梁部材１１の振動を検出する。駆動部１４が梁部材１１を共振周波数で振動させている際に、梁部材１１が揮発性有機化合物を吸着すると、梁部材１１の質量が増加する。このため、梁部材１１の共振周波数が低下する。共振周波数の変化を振動検出素子１２により検出することで、揮発性有機化合物の濃度を測定することができる。
【００２２】
また、本実施形態のガスセンサ１００の梁部材１１は、ヤング率が低い高分子材料で形成されている。本実施形態において、好ましくは、高分子材料のヤング率は、１ＧＰａ以上で、１０ＧＰａ以下であることが望ましい。一般に、揮発性有機化合物を検出するガスセンサにおいては、感度と共振周波数とは比例関係にある。また、梁部材１１の共振周波数は、ヤング率の平方根に比例し、梁部材１１の長さの２乗に反比例する。
高分子材料のヤング率は、従来例のシリコンのヤング率よりも低い。このため、本実施形態では上述のヤング率の範囲に設定することで、同じ共振周波数の梁部材と比較して、小型化することができる。
【００２３】
参考として、シリコンのヤング率は、結晶方位により異なるが、おおよそ７０ＧＰａ〜１７０ＧＰａ程度である。
【００２４】
さらに、説明すると、片持ち梁においては振動モードが高次になるに従い共振周波数が高くなる。また、振動式のガスセンサにおいては、共振周波数が高い方が、検出感度が高くなる、即ち、感度は共振周波数に比例することが知られている。
従って、片持ち梁の振動式のガスセンサにおいて高いセンサ性能を得るためには高次の振動モードに対応したセンシングが望ましい。
【００２５】
本実施形態では、高分子材料として、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）を用いることが望ましい。
【００２６】
以上の説明したように、本実施形態のガスセンサ１００は振動子における梁部材１１の材料として、シリコンではなく高分子材料を用いている。高分子材料の梁部材１１は、梁部材１１そのものが揮発性有機化合物を吸着する。このため、吸着部材を別途設ける必要がある従来の構成に比較して、梁部材１１を有効に活用することができる。この結果、ガスセンサ１００の検出機能の更なる向上につなげることが可能となるという格別の効果を奏する。
【００２７】
また、梁部材１１の材料をヤング率の低い材料にすることにより、ガスセンサ１００を小型化できるという効果を奏する。
【００２８】
次に変型例について説明する。図１に示すように、本実施形態においては、支持部１３は駆動部１４に接続されている。しかしながら、これに限られず、例えば機械装置など、振動している装置に取り付けられる構成でも良い。この構成に関しては後述する。また、梁部材１１の一部の領域に、複数の微細孔を形成しても良い。あるいは、梁部材の一部の領域に、微細な凹凸を形成しても良い。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態のガスセンサについて説明する。
図２は、本実施形態のガスセンサ２００を示す斜視図である。図２に示すように、梁部材２１の一部に固定され、揮発性有機化合物を吸着する吸着部材２５を具備している。さらに、具体的には、ガスセンサ２００は、梁部材２１と、振動検出素子２２と、支持部２３と、吸着部材２５を備えている。振動検出素子２２は、梁部材２１の上面に、例えばＰＺＴ、ＰＶＤＦ等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。
【００３０】
揮発性有機化合物を吸着する吸着部材２５は、梁部材２１の上面に例えばポリブタジエン（ＰＢＤ）、酸化チタン、酸化亜鉛等の揮発性有機化合物を吸着する材料を成膜することで設けられている。吸着部材２５と梁部材２１は異なる材料で形成されている。揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる梁部材２１は、一端が支持部２３に固定されている。
【００３１】
支持部２３は駆動部２４に接続されている。これにより、ガスセンサ２００は、吸着部材２５が成膜された梁部材２１が駆動部２４により印加される振動に共振して振動する構成となっている。さらに、本実施形態のガスセンサ２００は、振動検出素子２２が梁部材２１に積層されている。このため、梁部材２１の振動が振動検出素子２２によって検出される構成となっている。なお、図示していないが、振動検出素子２２から電気信号を検出するための配線は信号処理部に電気的に接続されている。
【００３２】
次に、本実施形態の駆動方法について説明する。
図２に示すように、梁部材２１は一端が支持部２３に固定されている。支持部２３は駆動部２４に接続されている。駆動部２４が振動すると、梁部材２１は共振周波数で振動する。梁部材２１が揮発性有機化合物に暴露されると、梁部材２１の一部に揮発性有機化合物が吸着される。このため、梁部材２１の質量が増える。
【００３３】
さらに、吸着部材２５が揮発性有機化合物に暴露されると、吸着部材２５の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、梁部材２１の質量が増える。この結果、梁部材２１もしくは吸着部材２５に吸着された揮発性有機化合物の質量により、梁部材２１の共振周波数が低下する。
【００３４】
また、図２に示すように、梁部材２１の上面に振動検出素子２２が形成されている。梁部材２１が振動すると、振動検出素子２２に応力が伝わる。振動検出素子２２は圧電性を有する材料のため、印加された応力によって電圧を発生する。したがって、振動検出素子２２の電圧を測定することにより、梁部材２１の共振周波数を検出できる。
【００３５】
次に、本実施形態の作用を説明する。本実施形態のガスセンサ２００の梁部材２１は、駆動部２４によって印加される振動に共振して振動する。振動検出素子２２は、梁部材２１の振動を検出する。駆動部２４が梁部材２１を共振周波数で振動させている際に、梁部材２１と吸着部材２５の少なくとも一つが揮発性有機化合物を吸着すると、梁部材２１の質量が増加する。これにより、梁部材２１の共振周波数が低下する。共振周波数の変化を振動検出素子２２で検出することにより、揮発性有機化合物の濃度を測定することができる。
【００３６】
また、本実施形態のガスセンサ２００の梁部材２１は、ヤング率が低い高分子材料で形成されている。一般に、揮発性有機化合物を検出するガスセンサにおいては、感度と共振周波数とは比例関係にある。また、梁部材２１の共振周波数はヤング率の平方根に比例し、梁部材の長さの２乗に反比例する。高分子材料のヤング率は従来例のシリコンのヤング率よりも低い。これにより、同じ共振周波数の梁部材を小型化することができる。
【００３７】
以上の説明したように、本実施形態のガスセンサ２００は、振動子における梁部材２１の材料として、シリコンではなく高分子材料が用いられている。高分子材料の梁部材２１は、梁部材２１そのものが揮発性有機化合物を吸着する。なお且つ梁部材２１に固定された吸着部材２５は、梁部材２１とは異なる揮発性有機化合物を吸着する。これにより、１つのセンサで２種類の揮発性有機化合物を検出できるという効果を奏する。
【００３８】
また、梁部材２１の材料をヤング率の低い材料、例えば１ＧＰａ以上で、１０ＧＰａ以下に設定することにより、ガスセンサ２００の小型化ができるという効果を奏する。
なお、図２に示すように、本実施形態においては、支持部２３は、駆動部２４に接続されている。しかしながら、これに限られず、後述するように、例えば機械装置など、振動している装置に取り付けられる構成でも良い。
【００３９】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態のガスセンサ３００について説明する。図３は、ガスセンサ３００の斜視図である。図３に示すように、ガスセンサ３００は、梁部材３１の一部に固定され、揮発性有機化合物を吸着する少なくとも２つ以上の吸着部材を具備する。さらに、具体的に説明すると、ガスセンサ３００は、梁部材３１と、振動検出素子３２と、支持部３３と、第１の吸着部材３５と、第２の吸着部材３６とを備えている。
【００４０】
振動検出素子３２は、梁部材３１の上面に、例えばＰＺＴ、ＰＶＤＦ等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。揮発性有機化合物を吸着する第１の吸着部材３５と第２の吸着部材３６は、梁部材３１の上面に、例えばポリブタジエン（ＰＢＤ）等の揮発性有機化合物を吸着する材料を成膜することで設けられている。
【００４１】
第１の吸着部材３５と、第２の吸着部材３６と、梁部材３１とは異なる材料で形成されている。揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる梁部材３１は、一端が支持部３３に固定されている。支持部３３は、駆動部３４に接続されている。これにより、ガスセンサ３００は、第１の吸着部材３５と第２の吸着部材３６とが成膜された梁部材３１が、駆動部３４により印加される振動に共振して振動するように構成されている。
【００４２】
さらに、ガスセンサ３００は、振動検出素子３２が梁部材３１に積層されている。これにより、梁部材３１の振動が振動検出素子３２によって検出される構成となっている。なお、図示していないが、振動検出素子３２から電気信号を検出するための配線は信号処理部に電気的に接続されている。
【００４３】
次に、ガスセンサ３００の駆動原理を説明する。図３に示すように、梁部材３１は一端が支持部３３に固定されている。支持部３３は駆動部３４に接続されている。駆動部３４が振動すると、梁部材３１は共振周波数で振動する。
【００４４】
梁部材３１が揮発性有機化合物に暴露されると、梁部材３１の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、梁部材３１の質量が増える。さらに、第１の吸着部材３５が揮発性有機化合物に暴露されると、第１の吸着部材３５の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、梁部材３１の質量が増える。
【００４５】
また、第２の吸着部材３６が揮発性有機化合物に暴露されると、第２の吸着部材３６の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、梁部材３１の質量が増える。この結果、梁部材３１と第１の吸着部材３５と第２の吸着部材３６の少なくとも一つに吸着された揮発性有機化合物の質量により、梁部材３１の共振周波数が低下する。
【００４６】
また、図３に示すように、梁部材３１の上面に振動検出素子３２が形成されている。梁部材３１が振動すると、振動検出素子３２に応力が伝わる。振動検出素子３２は圧電性を有する材料である。このため、振動検出素子３２は印加された応力によって電圧を発生する。この結果、振動検出素子３２の電圧を測定することにより、梁部材３１の共振周波数が検出される。
【００４７】
次に、本実施形態の作用を説明する。ガスセンサ３００の梁部材３１は、駆動部３４によって印加される振動に共振して振動する。振動検出素子３２は、梁部材３１の振動を検出する。駆動部３４が梁部材３１を共振周波数で振動させている際に、梁部材３１と第１の吸着部材３５と第２の吸着部材３６の少なくとも一つが揮発性有機化合物を吸着すると、梁部材３１の質量が増加する。これにより、梁部材３１の共振周波数が低下する。共振周波数の変化を振動検出素子３２で検出する。この結果、揮発性有機化合物の濃度を測定することができる。
【００４８】
また、本実施形態のガスセンサ３００の梁部材３１は、ヤング率が低い高分子材料で形成されている。一般に、揮発性有機化合物を検出するガスセンサにおいては、上述したように、感度と共振周波数とは比例関係にある。また、梁部材３１の共振周波数はヤング率の平方根に比例し、梁部材の長さの２乗に反比例する。本実施形態の梁部材３１の高分子材料のヤング率、例えば１ＧＰａ以上で、１０ＧＰａ以下は、従来例のシリコンのヤング率よりも低い。これにより、同じ共振周波数の梁部材を小型化することができる。
【００４９】
以上の説明したように、本実施形態のセンサは振動子における梁部材３１の材料として、シリコンではなく高分子材料が用いられる。高分子材料の梁部材３１は、梁部材３１そのものが揮発性有機化合物を吸着する。また、梁部材３１に固定された第１の吸着部材３５は、梁部材３１とは異なる揮発性有機化合物を吸着する。
【００５０】
なお且つ、第２の吸着部材３６は梁部材３１と第１の吸着部材３５とは異なる揮発性有機化合物を吸着する。これにより、１つのガスセンサで３種類の揮発性有機化合物を検出できるという効果を奏する。
また、梁部材３１の材料をヤング率の低い材料（例えば１ＧＰａ以上で、１０ＧＰａ以下が望ましい。）にすることにより、ガスセンサの小型化ができるという効果を奏する。
なお、図３に示すように、本実施形態においては、支持部３３が駆動部３４に接続されているが、後述するように、例えば機械装置など、振動している装置に取り付けられる構成でも良い。
【００５１】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態のガスセンサ４００について説明する。図４は、ガスセンサ４００を示す斜視図である。図４に示すように、ガスセンサ４００は、第１の梁部材４１１と第１の振動検出素子４１２とを有する第１のセンサ部４１０と、第２の梁部材４２１と第２の振動検出素子４２２とを有する第２のセンサ部４２０と、第１のセンサ部４１０からの第１の振動検出素子４１２の出力信号と、第２のセンサ部４２０からの第２の振動検出素子４２２の出力信号とが入力され、印加される振動に共振して振動する第１の梁部材４１１と第２の梁部材４２１との第１のセンサ部４１０の第１の共振周波数及び第２のセンサ部４２０の第２の共振周波数を抽出して、第１の共振周波数と第２の共振周波数との差分を算出する信号処理部４７と有している。
【００５２】
さらに、具体的に説明を続ける。ガスセンサ４００は、第１のセンサ部４１０と、第２のセンサ部４２０と、信号処理部４７を備えている。第１のセンサ部４１０は、第１の梁部材４１１と、第１の振動検出素子４１２と、支持部４３と、吸着部材４５を有する。第１の振動検出素子４１２は、第１の梁部材４１１の上面に、例えばＰＺＴ、ＰＶＤＦ等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。
【００５３】
揮発性有機化合物を吸着する吸着部材４５は第１の梁部材４１１の上面に例えばポリブタジエン（ＰＢＤ）等の揮発性有機化合物を吸着する材料を成膜することで設けられている。吸着部材４５と第１の梁部材４１１は異なる材料で形成されている。
【００５４】
揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる第１の梁部材４１１は、一端が支持部４３に固定されている。支持部４３は駆動部４４に接続されている。これにより、本実施形態の第１のセンサ部４１０は、吸着部材４５の成膜された第１の梁部材４１１が駆動部４４により印加される振動に共振して振動する。
【００５５】
さらに、本実施形態の第１のセンサ部４１０は、第１の振動検出素子４１２が第１の梁部材４１１に積層されている。これにより、第１の梁部材４１１の振動が第１の振動検出素子４１２によって検出される。
【００５６】
一方、第２のセンサ部４２０は、第２の梁部材４２１と、第２の振動検出素子４２２と、支持部４３を備えている。第２の梁部材４２１と第１の梁部材４１１は、同一の材料で形成されている。第２の振動検出素子４２２は第２の梁部材４２１の上面に、例えばＰＺＴ、ＰＶＤＦ等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。
【００５７】
揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる第２の梁部材４２１は、一端が支持部４３に固定されている。支持部４３は駆動部４４に接続されている。これにより、本実施形態の第２のセンサ部４２０は、第２の梁部材４２１が駆動部４４により印加される振動に共振して振動する構成となっている。
【００５８】
さらに、第２のセンサ部４２０は、第２の振動検出素子４２２が第２の梁部材４２１に積層されている。これにより、第２の梁部材４２１の振動が第２の振動検出素子４２２によって検出される。本実施形態では、第１のセンサ部４１０と第２のセンサ部４２０との間隔は５００μｍ以上程度である。
【００５９】
また、信号処理部４７は、第１のセンサ部４１０の第１の振動検出素子４１２と、第２のセンサ部４２０の第２の振動検出素子４２２とに接続される。これにより、第１の振動検出素子４１２によって検出された第１の梁部材４１１の振動と、第２の振動検出素子４２２によって検出された第２の梁部材４２１の振動とが信号処理部４７に入力される。
【００６０】
次に、駆動原理を説明する。図４に示すように、第１のセンサ部４１０の第１の梁部材４１１は、一端が支持部４３に固定されている。支持部４３は駆動部４４に接続されている。駆動部４４が振動すると、第１の梁部材４１１は共振周波数で振動する。
【００６１】
第１の梁部材４１１が揮発性有機化合物に暴露されると、第１の梁部材４１１の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、第１の梁部材４１１の質量が増える。さらに、吸着部材４５が揮発性有機化合物に暴露されると、吸着部材４５の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、第１の梁部材４１１の質量が増える。
【００６２】
この結果、第１の梁部材４１１もしくは吸着部材４５に吸着された揮発性有機化合物の質量により、第１の梁部材４１１の第１の共振周波数が低下する。また、図４に示すように、第１の梁部材４１１の上面に第１の振動検出素子４１２が形成されている。第１の梁部材４１１が振動すると、第１の振動検出素子４１２に応力が伝わる。第１の振動検出素子４１２は圧電性を有する材料のため、印加された応力によって電圧を発生する。
【００６３】
一方、第２のセンサ部４２０の第２の梁部材４２１は一端が支持部４３に固定されている。支持部４３は、駆動部４４に接続されている。駆動部４４が振動すると、第２の梁部材４２１は、共振周波数で振動する。第２の梁部材４２１が揮発性有機化合物に暴露されると、第２の梁部材４２１の一部に揮発性有機化合物が吸着される。
【００６４】
従って、第２の梁部材４２１の質量が増える。この結果、第２の梁部材４２１に吸着された揮発性有機化合物の質量により、第２の梁部材４２１の第２の共振周波数が低下する。また、図４に示すように、第２の梁部材４２１の上面に、第２の振動検出素子４２２が形成されている。第２の梁部材４２１が振動すると、第２の振動検出素子４２２に応力が伝わる。第２の振動検出素子４２２は圧電性を有する材料のため、印加された応力によって電圧を発生する。
【００６５】
また、信号処理部４７は、駆動部４４によって印加される振動に共振して振動する第１の梁部材４１１と、第２の梁部材４２１の振動を第１の振動検出素子４１２及び第２の振動検出素子４２２の出力電圧として抽出する。さらに、信号処理部４７は第１の振動検出素子４１２及び第２の振動検出素子４２２の出力電圧を第１の梁部材４１１の第１の共振周波数及び第２の梁部材４２１の第２の共振周波数に変換する。また、信号処理部４７は第１の共振周波数と第２の共振周波数との差分を算出する。
【００６６】
ガスセンサ４００は、第１の梁部材４１１の第１の共振周波数と、第２の梁部材４２１の第２の共振周波数を抽出して差分を算出する。これにより、第１のセンサ部４１０の第１の共振周波数と、第２のセンサ部４２０の第２の共振周波数との変化量の相違が測定できる。
【００６７】
次に、本実施形態の作用を説明する。第１のセンサ部４１０の第１の梁部材４１１と、第２のセンサ部４２０の第２の梁部材４２１とは、駆動部４４によって印加される振動に共振して振動する。第１の振動検出素子４１２は、第１の梁部材４１１の振動を検出する。第２の振動検出素子４２２は、第２の梁部材４２１の振動を検出する。第１の梁部材４１１と吸着部材４５は異なる材料で形成されている。
【００６８】
第１の梁部材４１１と第２の梁部材４２１は同一の高分子材料で形成されている。揮発性有機化合物は材料により吸着種と吸着量が異なる。例えば、吸着部材４５のみに吸着する揮発性有機化合物の雰囲気中において、駆動部４４が第１の梁部材４１１と第２の梁部材４２１を共振周波数で振動させている際に、第１のセンサ部４１０の吸着部材４５が揮発性有機化合物を吸着すると第１のセンサ部４１０の第１の梁部材４１１の質量が増加するので、第１のセンサ部４１０の第１の梁部材４１１の共振周波数が低下する。一方、第２のセンサ部４２０の第２の梁部材４２１は揮発性有機化合物を吸着しないため、第２のセンサ部４２０の第２の梁部材４２１の共振周波数は変化しない。
【００６９】
さらに、第１の梁部材４１１と第２の梁部材４２１は同一の高分子材料で形成されていると、同一部材の温度変化による共振周波数のふらつきを相殺することができる。
【００７０】
本実施形態のガスセンサ４００は、第１のセンサ部４１０と第２のセンサ部４２０との高分子材料で形成された梁部材は揮発性有機化合物を吸着する。また、第１のセンサ部４１０の第１の梁部材４１１に固定された吸着部材４５は、第１の梁部材４１１とは異なる揮発性有機化合物を吸着する。
【００７１】
信号処理部４７は、吸着する揮発性有機化合物の異なる第１のセンサ部４１０と第２のセンサ部４２０の共振周波数を抽出して差分を算出する。これにより、第１の梁部材４１１と第２の梁部材４２１とを有効に活用することにより、揮発性有機化合物の種類を特定できるという効果を奏する。
【００７２】
なお、図４に示すように、第１のセンサ部４１０と第２のセンサ部４２０の梁部材は同一の材料でもよい。あるいは、第１のセンサ部４１０と第２のセンサ部４２０の梁部材を異なる材料とすることにより、別途吸着部材を形成する必要がなくなる。さらに、第３のセンサ部、第４のセンサ部を加えてもよい。また、図４に示すように、本実施形態においては支持部が駆動部に接続されているが、後述するように、例えば機械装置など、振動している装置に取り付けられる構成でも良い。
【００７３】
上述した第１実施形態〜第４実施形態は、駆動部１４、２４、３４、４４を有している。即ち、少なくとも一端が固定されている梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材が共振するように振動を印加する駆動部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、その表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域としている。
【００７４】
（第５実施形態）
第１実施形態〜第４実施形態のガスセンサの構成は、これに限られない。すでに、上述しているように、外部に駆動部（振動源）が存在しても良い。
【００７５】
図５は、第５実施形態のガスセンサ５００の斜視構成を示す図である。梁部材５１１と、振動検出素子５１２と、支持部５１３とは、例えば、第１実施形態と同じ構成であるため、重複する説明は、省略する。
【００７６】
本実施形態のガスセンサ５００は、少なくとも一端が固定されて、外部の駆動部（振動源）５１４（図中、点線で示す）に共振して振動する梁部材５１１と、梁部材５１１を支持する支持部５１３と、梁部材５１１に固定されて梁部材５１１の振動を検出する振動検出素子５１２とからなるガスセンサであって、梁部材５１１を高分子材料で形成し、梁部材５１１の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域５１０とするガスセンサでも良い。外部の駆動部（振動源）５１４としては、例えば、工場内の振動源、自動車内の振動源を用いることができる。梁部材５１１は、その振動源より共振する形状にすることが望ましい。
【００７７】
このように、本実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかるガスセンサは、小型なセンサに適している。
【符号の説明】
【００７９】
１００  ガスセンサ
１０  吸着領域
１１  梁部材
１２  振動検出素子
１３  支持部
１４  駆動部
【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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