(57)【要約】【課題】ガス警報機が、電池交換をすることなく５年以上使用できるようにする。【解決手段】センサ素子１０１は、凹部２０６が形成された基板２０１と、基板２０１の凹部２０６に架設された絶縁層２０２と、絶縁層２０２の上に形成されたヒータ層２０３とから構成されている。ヒータ層２０３は、例えば、図３の平面図に示すように、つづら折り状態に形成されている。なお、絶縁層２０２の上には、ヒータ層２０３を覆って絶縁層２０４が形成されている。このセンサ素子１０１によれば、例えば、ヒータ層２０３の配線幅および配線厚を１００ｎｍ程度としても、例えば層厚１０００ｎｍ程度の絶縁層２０２により支持することで、凹部２０６の上に架設させることができ、ヒータ層２０３の周囲の熱容量を低減することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体熱伝導式で可燃性ガスを検知するセンサ素子と、
前記センサ素子を駆動するセンサ駆動回路と、
前記センサ駆動回路による前記センサ素子の抵抗変化の検出により警報を出力する警報部と、
前記センサ素子，前記センサ駆動回路，および前記警報部に電源を供給する電池と
を備え、
前記センサ素子は、
凹部が形成された基板と、前記基板の前記凹部に架設された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成されたヒータ層とから構成されていることを特徴とするガス警報機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池により駆動するガス警報機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭において用いられるガス警報機（ガス漏れ警報機）においては、小型化および設置の自由度などの観点から、電池による駆動が望ましい。このような電池式の家庭用ガス警報機には、例えば一酸化炭素を検出する半導体式のガスセンサが用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記ガスセンサについて、図４を用いて簡単に説明する。このガスセンサは、シリコン基板４０１を支持基板とし、ダイアフラム状の支持膜４０２の外周または両端部をシリコン基板４０１で支持している。また、支持膜４０２の上に、Ｐｔ−Ｗの薄膜ヒータ４０３を備えている。支持膜４０２は、シリコン基板４０１を熱酸化することで形成した熱酸化膜４０２ａと、ＣＶＤ法により堆積することで形成した窒化シリコン膜４０２ｂと、ＣＶＤ法により堆積することで形成した酸化シリコン膜４０２シートの積層膜である。
【０００４】
また、支持膜４０２の上には、薄膜ヒータ４０３を覆って形成された絶縁層４０４を備え、絶縁層４０４の上に接合層４０５を介してガス感知膜用の電極４０６が形成され、電極４０６に接続して半導体薄膜によるガス感知膜４０７が形成されている。また、ガス感知膜４０７の周囲を囲って絶縁層４０８が形成されている。
【０００５】
このガスセンサでは、ガス検知のためには、図５に示すように、先ずガスセンサをｈｉｇｈ状態（約４５０℃）で２００ｍｓ間加熱し、センサ表面のクリーニングを実施してセンサを初期状態にする。次いで、センサをｌｏｗ状態（１００℃以下）に下げ、例えば４００ｍｓ後にセンサ抵抗を測定し、一酸化炭素ガスが所定のガス濃度を越えて存在しているかどうかを判断する。ｈｉｇｈの時は薄膜ヒータ４０３に例えば３０ｍＷのパワーを投入し、ｌｏｗの時には４．５ｍＷを投入する。
【０００６】
またこのとき、図５に示すように、ｈｉｇｈの時にヒータに３０ｍＷのパワーを投入しても、温度が４５０℃になるのに約５０ｍｓの時間を要している。また、パワーを３０ｍＷから４．５ｍＷに減らしてｌｏｗ状態に移行させる時には、温度が安定するのに約１００ｍｓの時間を要している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２０６０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、家庭用ガス警報機は、５年間の有効期限があるため、電池交換をすることなく５年間連続して使用（駆動）できることが望ましい。しかしながら上述したガスセンサを用いたガス警報機では、ガスセンサにおける消費電力が大きく、電池交換をすることなく５年間使用することができないという問題があった。上述したガスセンサでは、例えば、ガス感知膜を加熱しているが、この加熱とともに、ガス検知膜や薄膜ヒータなどを支持する支持膜も加熱することになる。このセンサでは、４５０℃にまで加熱する必要があり、ガス検知膜を含め、４５０℃の加熱時に発生する応力による破壊を防ぐために、支持膜を薄くすることができない。このように、上述したガスセンサでは、大きな熱容量をもつなど、ガスセンサの駆動のための消費電力を削減することが容易ではない。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ガス警報機が、電池交換をすることなく５年以上使用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るガス警報機は、気体熱伝導式で可燃性ガスを検知するセンサ素子と、センサ素子を駆動するセンサ駆動回路と、センサ駆動回路によるセンサ素子の抵抗変化の検出により警報を出力する警報部と、センサ素子，センサ駆動回路，および警報部に電源を供給する電池とを備え、センサ素子は、凹部が形成された基板と、基板の凹部に架設された絶縁層と、絶縁層の上に形成されたヒータ層とから構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したことにより、本発明によれば、ガス警報機が、電池交換をすることなく５年間使用できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態におけるガス警報機の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態におけるガス警報機を構成するセンサ素子の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態におけるガス警報機を構成するセンサ素子の一部構成を示す平面図である。
【図４】図４は、ガスセンサの構成例を示す断面図である。
【図５】図５は、ガスセンサの動作時の温度変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるガス警報機の構成を示す構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態におけるガス警報機を構成するセンサ素子の構成を示す断面図である。
【００１４】
このガス警報機は、気体熱伝導式で可燃性ガスを検知するセンサ素子１０１と、センサ素子１０１を駆動するセンサ駆動回路１０２と、警報部１０３とを備える。センサ駆動回路１０２は、例えば、１分間に１回の割合でセンサ素子１０１を動作させ、可燃性ガスの検知を行わせる。よく知られているように、センサ駆動回路１０２により駆動されているセンサ素子１０１の抵抗変化により、可燃性ガスの検知が行える。警報部１０３は、センサ駆動回路１０２によるセンサ素子１０１の抵抗変化の検出により警報を出力する。また、このガス警報機は、センサ素子１０１，センサ駆動回路１０２，および警報部１０３に電源を供給する電池１０４を備える。
【００１５】
次に、センサ素子１０１についてより詳細に説明する。センサ素子１０１は、図２に示すように、凹部２０６が形成された基板２０１と、基板２０１の凹部２０６に架設された絶縁層２０２と、絶縁層２０２の上に形成されたヒータ層２０３とから構成されている。ヒータ層２０３は、例えば、Ｐｔからなる配線から構成され、図３の平面図に示すように、つづら折り状態に形成されている。このようにすることで、一定の面積の中で所定の配線長が確保できる。なお、絶縁層２０２の上には、ヒータ層２０３を覆って絶縁層２０４が形成されている。
【００１６】
基板２０１は、例えば、主表面を（１００）面とした単結晶シリコンから構成し、この主表面に形成した例えば窒化シリコンからなる絶縁層２０２の開口部２０５より、基板２０１をアルカリ溶液でエッチングすれば、凹部２０６が形成できる。アルカリ溶液をエッチング液として用いれば、窒化シリコンからなる絶縁層２０２はエッチングされず、シリコンが選択的にエッチングされる。
【００１７】
また、アルカリ溶液に対しては、シリコンの（１１１）面があまりエッチングされないので、（１１１）面を側面として凹部２０６が形成される。また、主に深さ方向にエッチングが進行し、基板２０１の平面方向へのエッチングはあまり進まないので、開口部２０５の形成箇所を適宜に設定することで、凹部２０６の平面視の領域の広がりが制御できる。
【００１８】
上述したセンサ素子１０１によれば、例えば、ヒータ層２０３の配線幅および配線厚を１００ｎｍ程度としても、例えば層厚１０００ｎｍ程度の絶縁層２０２により支持することで、凹部２０６の上に架設させることができる。この状態では、極薄い絶縁層２０２および絶縁層２０４が、ヒータ層２０３に接触している状態となり、ヒータ層２０３の周囲の熱容量を低減することができる。
【００１９】
また、気体熱伝導式のセンサ素子１０１は、ガス検出動作時のヒータ層２０３による加熱温度は、２００〜３００℃程度である。従って、センサ素子１０１の消費電力は、１６ｍＷ程度にすることができ、さらに、計測時間を１６ｍｓ程度と非常に短くすることができる。
【００２０】
ここで、センサ素子１０１の動作を１分回に１回とすれば、５年間の総電力は、１８７ｍＷｈ程度となる。従って、２つの単３形の乾電池を直列に接続して用いれば（３Ｖ）、センサ素子１０１の５年間の消費電流量は、６３ｍＡｈ程度にすることが可能となる。なお、センサ駆動回路１０２および警報部１０３などのセンサ素子１０１以外の回路分の５年間の消費電流量は、８５７ｍＡｈと見積もれるので、本実施の形態におけるガス警報機の５年間の消費電流量は９２０ｍＡｈとなる。
【００２１】
一方、例えば、入手が容易でありよく用いられている単３形のマンガン乾電池は、初期容量が１０００ｍＡｈ程度である。これに対し、上述した本実施の形態におけるガス警報機の５年間の消費電流量は、９２０ｍＡｈであり、１０００ｍＡｈ以下となる。このように、本実施の形態のガス警報機によれば、電池交換をすることなく５年間使用できるようになる。
【００２２】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００２３】
１０１…センサ素子、１０２…ガス漏れ検知部、１０３…センサ駆動回路、１０４…警報部、１０５…電池、２０１…基板、２０２…絶縁層、２０３…ヒータ層、２０４…絶縁層、２０５…開口部、２０６…凹部。
【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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