(57)【要約】【課題】本発明は、数ｐｐｍから数ｐｐｂというような低濃度の揮発性有機化合物が空気中に存在することを高感度且つ簡単に検出できるガス検出技術を提供する。【解決手段】薄膜状の支持膜が支持部材で支持されたダイアフラム構造の支持基板上に、ガス検知層としてのＳｎＯ2膜が形成されるとともに、選択燃焼層がガス検知層の表面に形成されて成り、ガス検知層を加熱するヒータ層を備えたセンサ素子と、ガス検知層の温度が低温状態から高温状態に変化するようにヒータ層を通電駆動する通電駆動手段と、高温状態に変化したときのガス検知層の電気抵抗値に基づいて揮発性有機化合物の有無を検出する検出部とを備え、通電駆動の開始後、揮発性有機化合物に対するガス検知層の検出感度が空気に対して有意に得られる所定の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、揮発性有機化合物の検出を行うガス検出装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜状の支持膜の外周部又は両端部が支持部材により支持されたダイアフラム構造の支持基板上に、ガス検知層としてのＳｎＯ2膜が形成されるとともに、選択燃焼層が前記ガス検知層の表面に形成されて成り、前記ガス検知層を加熱するヒータ層を備えたセンサ素子と、
前記ガス検知層の温度が低温状態から高温状態に変化するように、前記ヒータ層を通電駆動する通電駆動手段と、
前記ガス検知層の温度が高温状態に変化したときの前記ガス検知層の電気抵抗値に基づいて、検出対象ガスとしての揮発性有機化合物の有無を検出する検出部とを備え、
前記検出部が、前記通電駆動手段による前記ヒータ層への通電駆動の開始後、前記揮発性有機化合物に対する前記ガス検知層の検出感度が空気に対して有意に得られる所定の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、前記揮発性有機化合物の検出を行うガス検出装置。
【請求項２】
前記センサ素子が、前記通電駆動手段による前記ヒータ層への通電駆動の開始から前記ガス検知層の温度が前記高温状態となるまでの応答時間が５０ミリ秒以下となるように構成され、
前記検出部が、前記通電駆動手段による前記ヒータ層への通電駆動の開始後、２０ミリ秒以上２００ミリ秒以下の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、前記揮発性有機化合物の検出を行なうように構成されている請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記通電駆動手段が、前記ヒータ層への通電駆動を停止して前記ガス検知層の温度を前記低温状態とした後、前記ヒータ層への通電駆動を開始して前記ガス検知層の温度を前記高温状態として、再度の前記揮発性有機化合物の検出を行う請求項２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記選択燃焼層が、Ｐｔ及びＰｄ触媒を担持してなる請求項１から３の何れか一項に記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記ヒータ層が、前記ダイアフラム構造の支持基板上の全面に形成されている請求項１から４の何れか一項に記載のガス検出装置。
【請求項６】
前記揮発性有機化合物が、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、トルエン、キシレン、クロロホルム及びパラジクロロベンゼンからなる群から選択される何れか一種である請求項１から５の何れか一項に記載のガス検出装置。
【請求項７】
薄膜状の支持膜の外周部又は両端部が支持部材により支持されたダイアフラム構造の支持基板上に、ガス検知層としてのＳｎＯ2膜が形成されるとともに、選択燃焼層が前記ガス検知層の表面に形成されて成り、前記ガス検知層を加熱するヒータ層を備えたセンサ素子を用いて、
前記ヒータ層を通電駆動する通電駆動手段により前記ガス検知層の温度を低温状態から高温状態に変化させ、
前記ガス検知層の温度が高温状態に変化したときのガス検知層の電気抵抗値であって、前記ヒータ層への通電駆動の開始後、検出対象ガスとしての揮発性有機化合物に対する前記ガス検知層の検出感度が空気に対して有意に得られる所定の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、前記揮発性有機化合物の検出を行うガス検出方法。
【請求項８】
前記センサ素子が、前記ヒータ層への通電駆動の開始から前記ガス検知層の温度が前記高温状態となるまでの応答時間が５０ミリ秒以下となるように構成され、
前記ヒータ層への通電駆動の開始後、２０ミリ秒以上２００ミリ秒以下の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、前記揮発性有機化合物の検出を行なう請求項７記載のガス検出方法。
【請求項９】
前記通電駆動手段を用いて、前記ヒータ層への通電駆動を停止して前記ガス検知層の温度を前記低温状態とした後、前記ヒータ層への通電駆動を開始して前記ガス検知層の温度を前記高温状態として、再度の前記揮発性有機化合物の検出を行う請求項８記載のガス検出方法。
【請求項１０】
前記選択燃焼層が、Ｐｔ及びＰｄ触媒を担持してなる請求項７から９の何れか一項に記載のガス検出方法。
【請求項１１】
前記揮発性有機化合物として、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、トルエン、キシレン、クロロホルム及びパラジクロロベンゼンからなる群から選択される何れか一種の検出を行う請求項７から１０の何れか一項に記載のガス検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜状の支持膜の外周部又は両端部が支持部材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により電気抵抗値が変化する膜状酸化物、及び、前記膜状酸化物を加熱するための通電加熱体を形成したセンサ素子と、前記膜状酸化物の温度が低温状態から高温状態に変化するように、前記通電加熱体を通電駆動する通電駆動手段と、前記膜状酸化物の温度が高温状態に変化したときの前記膜状酸化物の電気抵抗値に基づいて、前記検出対象ガスの有無を検出する検出部とを備えたガス検出装置及びそのガス検出装置において実行されるガス検出方法に関し、特に、検出対象ガスとしてのホルムアルデヒドなどの揮発性有機化合物を検出するためのガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような揮発性有機化合物（ＶＯＣ）とは、沸点範囲が０〜３８０℃の有機化合物であり、このような揮発性有機化合物として、エタノールやメタノールを含むアルコール類、ホルムアルデヒドやアセトアルデヒドを含むアルデヒド類、及び、アセトンを含むケトン類等があり、中でも、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、クロロホルム、パラジクロロベンゼン等の揮発性有機化合物は、特に人間の嗅覚で感じないような数ｐｐｍから数ｐｐｂという濃度でも、長期に渡りそのような雰囲気中で暮らすことで、健康被害を引き起こすと指摘されている。
そして、近年の住宅の高気密化などに伴い、住居内において、空気中に低濃度のガス状揮発性有機化合物が長期に渡り存在することが問題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、低濃度の揮発性有機化合物が空気中に存在することを高感度に検知することができる有効なガス検出装置が存在せず、このようなガス検出装置が望まれている。
【０００４】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、数ｐｐｍから数ｐｐｂというような低濃度の揮発性有機化合物が空気中に存在することを高感度且つ簡単に検出することができるガス検出技術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】
【０００５】
〔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出装置は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、薄膜状の支持膜の外周部又は両端部が支持部材により支持されたダイアフラム構造の支持基板上に、ガス検知層としてのＳｎＯ2膜が形成されるとともに、選択燃焼層が前記ガス検知層の表面に形成されて成り、前記ガス検知層を加熱するヒータ層を備えたセンサ素子と、
前記ガス検知層の温度が低温状態から高温状態に変化するように、前記ヒータ層を通電駆動する通電駆動手段と、
前記ガス検知層の温度が高温状態に変化したときの前記ガス検知層の電気抵抗値に基づいて、検出対象ガスとしての揮発性有機化合物の有無を検出する検出部とを備え、
前記検出部が、前記通電駆動手段による前記ヒータ層への通電駆動の開始後、前記揮発性有機化合物に対する前記ガス検知層の検出感度が空気に対して有意に得られる所定の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、前記揮発性有機化合物の検出を行うことを特徴とする。
【０００６】
また、上記の目的を達成するための本発明に係るガス検出方法は、上記構成１のガス検出装置により好適に実行されるものであり、特許請求の範囲の欄の請求項７に記載した如く、薄膜状の支持膜の外周部又は両端部が支持部材により支持されたダイアフラム構造の支持基板上に、ガス検知層としてのＳｎＯ2膜が形成されるとともに、選択燃焼層が前記ガス検知層の表面に形成されて成り、前記ガス検知層を加熱するヒータ層を備えたセンサ素子を用いて、
前記ヒータ層を通電駆動する通電駆動手段により前記ガス検知層の温度を低温状態から高温状態に変化させ、
前記ガス検知層の温度が高温状態に変化したときのガス検知層の電気抵抗値であって、前記ヒータ層への通電駆動の開始後、検出対象ガスとしての揮発性有機化合物に対する前記ガス検知層の検出感度が空気に対して有意に得られる所定の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、前記揮発性有機化合物の検出を行うことを特徴とする。
【０００７】
〔作用効果〕
本願発明者らは、極めて低熱容量のセンサ素子において、検出対象ガスとしての揮発性有機化合物の有無により電気抵抗値が変化する膜状酸化物としてのＳｎＯ2膜であるガス検知層を設け、ガス検知層が低温である上記低温状態からガス検知層が高温である高温状態とするべく、通電加熱体としてのヒータ層への通電駆動を開始した直後において、ガス検知層の電気抵抗値が揮発性有機化合物が多く存在する場合には著しく低下するということを発見し、その発見により、ヒータ層への通電駆動の開始後、所定の経過時間範囲内において、揮発性有機化合物の検出におけるガス検知層の検出感度が、空気に対して有意に得られるという新知見を得、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、上記構成１のガス検出装置及びガス検出方法によれば、検出部において、通電駆動手段によりヒータ層への通電駆動の開始後の上記所定の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて揮発性有機化合物の検出をすることができる。
ここで、上記センサ素子においては、ＳｎＯ2膜であるガス検知層の表面に選択燃焼層が形成される。当該選択燃焼層により、特定のガスが選択的に燃焼され、ガス検知層に到達するガス種が制限される。
従って、低濃度の揮発性有機化合物が空気中に存在する場合において、その揮発性有機化合物を、通電駆動開始後の上記所定の経過時間範囲内におけるガス検知層の電気抵抗値の低下により高感度に検出することができる。
【０００９】
〔構成２〕
本発明に係るガス検出装置は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、上記構成１のガス検出装置の構成に加えて、前記センサ素子が、前記通電駆動手段による前記ヒータ層への通電駆動の開始から前記ガス検知層の温度が前記高温状態となるまでの応答時間が５０ミリ秒以下となるように構成され、
前記検出部が、前記通電駆動手段による前記ヒータ層への通電駆動の開始後、２０ミリ秒以上２００ミリ秒以下の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、前記揮発性有機化合物の検出を行なうように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るガス検出方法は、上記構成２のガス検出装置により好適に実行されるものであり、特許請求の範囲の欄の請求項８に記載した如く、上記構成１のガス検出方法の構成に加えて、前記センサ素子が、前記ヒータ層への通電駆動の開始から前記ガス検知層の温度が前記高温状態となるまでの応答時間が５０ミリ秒以下となるように構成され、
前記ヒータ層への通電駆動の開始後、２０ミリ秒以上２００ミリ秒以下の経過時間範囲内のガス検知層の電気抵抗値を用いて、前記揮発性有機化合物の検出を行なうことを特徴とする。
【００１１】
〔作用効果〕
前述のように、ヒータ層への通電駆動の開始後から所定の経過時間範囲内において、ガス検知層の検出感度が揮発性有機化合物に対して有意に得られる理由は、低温状態においてセンサ素子に吸着していた揮発性有機化合物が、ヒータ層への通電駆動を開始して高温状態に移行することで、センサ素子から脱離し、さらに、上記所定の経過時間範囲内においてその脱離した揮発性有機化合物がガス検知層近傍に滞留するため、ガス検知層近傍の揮発性有機化合物の濃度が一時的に高くなるからであると考えられる。
【００１２】
よって、センサ素子の熱容量が大きかったり、ヒータ層の加熱量が小さかったりして、通電駆動手段によるヒータ層への通電駆動の開始からガス検知層の温度が前記高温状態となるまでの応答時間が比較的長い場合には、センサ素子から揮発性有機化合物が少しずつ脱離して、上記ガス検知層近傍において、揮発性有機化合物の一時的な濃度上昇が極めて小さくなり、揮発性有機化合物を高感度に検出することができなくなる。
【００１３】
そこで、上記構成２のガス検出装置及びガス検出方法によれば、通電駆動手段によるヒータ層への通電駆動の開始からガス検知層の温度が高温状態となるまでの応答時間が５０ミリ秒以下となるように、センサ素子を構成することで、ヒータ層への通電駆動の開始後２０ミリ秒経過時から通電駆動開始後２００ミリ秒経過時までの経過時間範囲内において、センサ素子から揮発性有機化合物が瞬時に脱離することで、ガス検知層近傍において一時的な揮発性有機化合物の大幅な濃度上昇を発生させることができ、その大幅な濃度上昇はガス検知層の電気抵抗の低下として良好に検出することができるので、低濃度の揮発性有機化合物でも高感度で検出することができる。
【００１４】
さらに、上記のようにヒータ層への通電駆動を開始して瞬時に高温状態に移行することで、ガス検知層近傍にセンサ素子から瞬時に脱離した揮発性有機化合物により大幅な濃度上昇を発生させて、揮発性有機化合物を検出する場合には、高温状態に移行する前の低温状態において、センサ素子に充分な揮発性有機化合物が吸着されている方が好ましい。そこで、前記通電駆動手段を、前記ガス検知層の温度を例えば５秒間以上低温状態とした後に、前記ヒータ層への通電駆動を開始して、前記ガス検知層の温度を高温状態とするように構成することが好ましい。
【００１５】
〔構成３〕
本発明に係るガス検出装置においては、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、上記構成２のガス検出装置の構成に加えて、前記通電駆動手段が、前記ヒータ層への通電駆動を停止して前記ガス検知層の温度を前記低温状態とした後、前記ヒータ層への通電駆動を開始して前記ガス検知層の温度を前記高温状態として、再度の前記揮発性有機化合物の検出を行うことが好ましい。
また、本発明に係るガス検出方法は、上記構成３のガス検出装置により好適に実行されるものであり、特許請求の範囲の欄の請求項９に記載した如く、上記構成２のガス検出方法の構成に加えて、前記通電駆動手段を用いて、前記ヒータ層への通電駆動を停止して前記ガス検知層の温度を前記低温状態とした後、前記ヒータ層への通電駆動を開始して前記ガス検知層の温度を前記高温状態として、再度の前記揮発性有機化合物の検出を行うことが好ましい。
上記のようにヒータ層への通電駆動を開始して瞬時に高温状態に移行することで、ガス検知層近傍にセンサ素子から瞬時に脱離した揮発性有機化合物により大幅な濃度上昇を発生させて、揮発性有機化合物を検出する場合には、高温状態に移行する前の低温状態において、センサ素子に充分な揮発性有機化合物が吸着されている方が好ましい。すなわち、高温状態に移行する前の低温状態において、センサ素子（ガス検知層）に充分な揮発性有機化合物が吸着されていることが望まれる。そこで、前記通電駆動手段を、前記ガス検知層の温度を例えば５秒間以上低温状態とした後に、前記ヒータ層への通電駆動を開始して、前記ガス検知層の温度を高温状態とするように構成することが好ましい。
【００１６】
〔構成４〕
本発明に係るガス検出装置においては、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、上記構成１から３の何れかのガス検出装置の構成に加えて、前記選択燃焼層が、Ｐｔ及びＰｄ触媒を担持してなることが好ましい。
また、本発明に係るガス検出方法は、上記構成４のガス検出装置により好適に実行されるものであり、特許請求の範囲の欄の請求項１０に記載した如く、上記構成１から３の何れかのガス検出方法の構成に加えて、前記選択燃焼層が、Ｐｔ及びＰｄ触媒を担持してなることが好ましい。
上記センサ素子においては、ＳｎＯ2膜であるガス検知層の表面に、Ｐｔ及びＰｄ触媒を担持した選択燃焼層が形成される。当該選択燃焼層により、Ｐｔ及びＰｄ触媒によって燃焼されるガスが燃焼され、ガス検知層に到達するガス種が制限される。
【００１７】
〔構成５〕
本発明に係るガス検出装置においては、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した如く、上記構成１から４の何れかのガス検出装置の構成に加えて、前記ヒータ層が、前記ダイアフラム構造の支持基板上の全面に形成されていることが好ましい。
【００１８】
〔構成６〕
本発明に係るガス検出装置においては、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した如く、上記構成１から５の何れかのガス検出装置の構成に加えて、前記揮発性有機化合物が、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、トルエン、キシレン、クロロホルム及びパラジクロロベンゼンからなる群から選択される何れか一種であることが好ましい。
また、本発明に係るガス検出方法は、上記構成６のガス検出装置により好適に実行されるものであり、特許請求の範囲の欄の請求項１１に記載した如く、上記構成１から４の何れかのガス検出方法の構成に加えて、前記揮発性有機化合物として、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、トルエン、キシレン、クロロホルム及びパラジクロロベンゼンからなる群から選択される何れか一種の検出を行うことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るガス検出装置の実施形態について詳細を説明する。
【００２０】
〔センサ素子〕
図１に本発明の実施形態に用いた薄膜状のセンサ素子２０の構造を示す。
センサ素子２０は、薄膜状の支持層５（支持膜の一例）の外周部又は両端部がＳｉ基板１（支持部材）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により電気抵抗値が変化する膜状酸化物のガス検知層１０、及び、ガス検知層１０を加熱するためのヒータ層７（通電加熱体）を形成して構成されている。
【００２１】
次に、センサ素子２０の製造方法を説明する。
両面に熱酸化膜２が３００ｎｍ形成されたＳｉ基板１の表面に、ダイアフラム構造の支持層５となるＳｉＮ膜３及びＳｉＯ2膜４を、順次プラズマＣＶＤ法にて、夫々１５０ｎｍ及び１μｍ形成する。
【００２２】
次に、この支持層５の上に、ＰｔＷ膜からなるヒータ層７を０．５μｍ形成し、ウエットエッチングによりヒータパターンを形成する。
そして、ヒータ層７の上に、ＳｉＯ2絶縁膜からなる絶縁層８を、スパッタ法により２．０μｍ形成し、さらに、ヒータ層７と後述の電極９の接合個所をＨＦにてエッチングして窓明けを行なう。
【００２３】
次に、Ｐｔ／Ｔａ（２００ｎｍ／５０ｎｍ）膜をガス検知層１０の電極１１として成膜し、それをウエットエッチングによりパターニングする。ここでＴａはＳｉＯ2とＰｔ膜間の接合層としての役割をもつ。
【００２４】
さらに、絶縁層８及び電極１１の上に、ガス検知層１０としてスパッタ法によりガス検知層１０としてのＳｎＯ2膜をリフトオフ法により０．１〜１０μｍの厚さにて形成する。
次に、アルミナ粒子にＰｔ及びＰｄ触媒を７．５ｗｔ％担持させた粉末を、バインダとともにペーストとし、それをスクリーン印刷によりガス検知層１０としてのＳｎＯ2膜の表面に塗布した後に焼成して、約３０μｍ厚の選択燃焼層１２を形成する。最後に基板の裏面からドライエッチングによりＳｉを４００μｍ径（ダイアフラム直径）の大きさにて完全に除去しダイアフラム構造とする。
【００２５】
〔ガス検出方法〕
次に、本発明のガス検出装置におけるガス検出方法について図面に基づいて説明する。
ガス検出装置には、図１に示すように、ガス検知層１０の温度が低温状態から高温状態に変化するように、ヒータ層７を電極９を介して通電駆動する通電駆動手段３０と、ガス検知層１０の温度が高温状態に変化したときのガス検知層１０の電気抵抗値を電極１１を介して検知して、検知した電気抵抗値に基づいて、検出対象ガスとしての有無を検出する検出部３２とが設けられている。
【００２６】
さらに、検出対象ガスが揮発性有機化合物としての例えばエタノールとされ、検出部３２が、通電駆動手段３０によるヒータ層７への通電駆動の開始後、揮発性有機化合物に対するガス検知層１０の検出感度が有意に得られる所定の経過時間範囲内の膜状酸化物の電気抵抗値を用いて、揮発性有機化合物の検出を行うように構成されている。
【００２７】
詳しくは、上記通電駆動手段３０は、ヒータ層７の通電駆動を停止してガス検知層１０を室温（低温）とする低温状態と、ヒータ層７の通電駆動を実施してガス検知層１０を所定の温度に加熱する高温状態とを繰り返し行なうように構成されている。
さらに、上記ヒータ層７の通電駆動を停止する時間（以下、ヒータＯＦＦ時間と呼ぶ。）と、上記ヒータ層７の通電駆動を実施する時間（以下、ヒータＯＮ時間と呼ぶ。）とは、任意の時間に設定することができる。
【００２８】
また、図２に示すように、上記低温状態から上記高温状態に移行するべく、ヒータ層７への通電駆動を開始した直後において、ガス検知層１０の電気抵抗値が揮発性有機化合物としてのエタノールが存在する場合に著しく低下し、さらに、ヒータ層７への通電駆動の開始後の所定の経過時間範囲内において、ガス検知層１０の検出感度が揮発性有機化合物に対して有意に得られる。
【００２９】
そこで、検出部３２は、上記揮発性有機化合物の検出を行なうべく、上記通電駆動手段３０によりヒータ層７の通電駆動を開始後の所定の経過時間範囲内におけるガス検知層１０の電気抵抗値を検出し、揮発性有機化合物の存在をその電気抵抗値の低下として検出するのである。
尚、図２のグラフ図は、ヒータＯＮ時間とヒータＯＦＦ時間との和を３０ｓｅｃとしてＯＮ時間を変化させ、ＯＮ時間の最後に計測したガス検知層１０の電気抵抗値と、ＯＮ時間である経過時間との関係を示すものである。
【００３０】
また、このようにヒータ層７への通電駆動の開始後から所定の経過時間範囲内において、ガス検知層１０の検出感度が揮発性有機化合物に対して有意に得られる理由は、低温状態においてセンサ素子２０に吸着していた揮発性有機化合物が、ヒータ層７への通電駆動を開始して高温状態に移行することで、センサ素子２０から脱離し、さらに、所定の経過時間範囲内においてその脱離した揮発性有機化合物がガス検知層１０近傍に滞留するため、ガス検知層１０近傍の揮発性有機化合物の濃度が一時的に高くなるからであると考えられる。
【００３１】
そこで、本ガス検出装置は、上記のようなセンサ素子１０からの揮発性有機化合物の脱離をできるだけ瞬時に行ない、揮発性有機化合物の一時的な濃度上昇を有効に発生させるべく、センサ素子２０の熱容量が小さなものとして、通電駆動手段３０によるヒータ層７への通電駆動の開始からガス検知層１０の温度が高温状態となるまでの応答時間が５０ミリ秒以下となるように構成されている。
【００３２】
具体的には、図３に示すように、高温状態におけるガス検知層１０の設定温度を４５０℃とし、通電駆動開始からの経過時間が約３０ｍｓｅｃとなったときにガス検知層１０の温度が設定温度の９０％程度となり、経過時間が約５０ｍｓｅｃとなったときにガス検知層１０の温度が設定温度となるように、センサ素子部２０が構成されている。また、このセンサ素子２０の上記応答時間は、通電駆動開始してから上記ガス検知層１０の温度が設定温度となるまでの５０ｍｓｅｃとなる。
尚、このときのセンサ素子２０の熱容量は、２．３ピコＪ／Ｋ程度であった。
【００３３】
さらに、上記応答時間が前述のように５０ｍｓｅｃ以下となるようにセンサ素子２０を構成した場合に、図２に示すように、通電駆動手段３０によるヒータ層７への通電駆動の開始後、２０ミリ秒以上２００ミリ秒以下の経過時間範囲内のガス検知層１０の電気抵抗値が、揮発性有機化合物が存在した場合に大きく低下することが判る。よって、検出部３２は、この経過時間範囲内のガス検知層１０の電気抵抗値を用いて、揮発性有機化合物の検出を高感度で行なうことができる。
【００３４】
さらに、高温状態に移行する前の低温状態において、センサ素子２０に充分な揮発性有機化合物が吸着されていることが望まれる。そこで、本ガス検出装置の通電駆動手段３０は、ガス検知層１０の温度を例えば５秒間以上低温状態とした後に、ヒータ層７への通電駆動を開始して、ガス検知層１０の温度を高温状態とするように構成されている。即ち、通電駆動手段３０は、ヒータＯＦＦ時間を５秒以上に設定する。
【００３５】
即ち、図４に示すように、ヒータＯＦＦ時間が５ｓｅｃ以上であれば、ヒータ層７への通電駆動を開始した直後におけるガス検知層１０の電気抵抗値の低下を得ることができるが、ヒータＯＦＦ時間が５ｓｅｃ未満であれば、その電気抵抗値の低下が小さいため検出が困難となり、特に、微小の揮発性有機化合物であるエタノールを検出する場合には、このＯＦＦ時間をできるだけ長くとることが好ましい。
尚、図４のグラフ図は、５０ｍｓｅｃのＯＮ時間の最後に計測したガス検知層１０の電気抵抗値と、ＯＦＦ時間との関係を示すものである。
【００３６】
〔実施例と比較例との対比〕
次に、本発明に係るガス検出装置により揮発性有機化合物であるエタノールを検出した場合の実施例と、従来のガス検出装置により揮発性有機化合物であるエタノールを検出した場合の比較例との対比結果について説明する。
【００３７】
先ず、実施例におけるガス検出装置は、これまで説明してきたガス検出装置の実施形態と同様のセンサ素子２０を備え、さらに、通電駆動手段３０を、ガス検出層１０を低温状態とするためのヒータＯＦＦ時間を２９．９５ｓｅｃ、ガス検出層１０を高温状態とするヒータＯＮ時間を５０ｍｓｅｃとして、ヒータ層１７を通電状態と否通電状態とを繰り返すように構成し、検出部３２を、ヒータＯＮ時間の最後（即ち、ヒータ層７への通電駆動を開始後５０ｍｓｅｃ経過時）のガス検知層１０の電気抵抗値を検出するように構成した。
一方、比較例におけるガス検出装置は、実施例と同様のセンサ素子２０を備え、さらに、ガス検出層１０を常時高温状態とするべく、ヒータ層７へ常時通電してガス検知層１０の電気抵抗値を検出するように構成した。
【００３８】
実施例及び比較例において、センサ素子２０に、空気のみを供給したときのガス検知層１０の夫々の電気抵抗値、及び、０．１〜１００ｐｐｍの濃度のエタノール（揮発性有機化合物）を供給したときのガス検知層１０の夫々の電気抵抗値を、夫々図５及び図６に示す。
尚、図５及び図６において、空気のみを供給したときのガス検知層１０の電気抵抗値を、エタノールの濃度が０．０２ｐｐｍのポイントに記述しているが、実際には、空気中にエタノールは含まれていない。
【００３９】
結果、実施例のガス検出装置においては、図５に示すように、０．１ｐｐｍという超低濃度のエタノールを供給した場合でも、ガス検知層１０の電気抵抗値が大幅に低下し、その低下によりエタノールの存在を高精度に検出することができることが確認できた。
一方、比較例のガス検出装置においては、図６に示すように、実施例とは異なり、エタノールが供給されても、ガス検知層１０の電気抵抗値が殆ど低下しないので、エタノールを検出することが困難であることが確認できた。
従って、本発明に係るガス検出装置は、低濃度の揮発性有機化合物の代表であるエタノールが空気中に存在する場合において、そのエタノールを、通電駆動開始後の所定の経過時間範囲内におけるガス検知層１０の電気抵抗値の低下により高感度に検出することができるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ガス検出装置の構造を示す概略図
【図２】ガス検知層の電気抵抗値と経過時間との関係を示すグラフ図
【図３】ガス検知層の昇温状態を示すグラフ図
【図４】ガス検知層の電気抵抗値とヒータＯＦＦ時間との関係を示すグラフ図
【図５】実施例のガス検出装置によるエタノール検出結果を示すグラフ図
【図６】比較例のガス検出装置によるエタノール検出結果を示すグラフ図
【符号の説明】
【００４１】
１：Ｓｉ基板（支持部材）
３：ＳｉＮ膜
４：ＳｉＯ2膜
５：支持層（支持膜の一例）
７：ヒータ層（通電加熱体）
８：絶縁層
９：ヒータ層の電極
１０：ガス検知層（膜状酸化物）
１１：ガス検知層の電極
２０：センサ素子
３０：通電駆動手段
３２：検出部
【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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【図６】
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