(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを吸着することによって抵抗値が変化する略球状の感ガス体と、感ガス体中に埋設されたコイル状のヒータ兼用電極と、該ヒータ兼用電極のコイルの中心を貫通するように感ガス体中に埋設された抵抗検出用電極と、ヒータ兼用電極への通電を制御するとともに、感ガス体の抵抗値から検出対象ガスの濃度を検出する制御部とを備え、上記感ガス体は金属酸化物半導体に雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持して形成され、上記制御部はヒータ兼用電極への通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを所定周期で交互に設け、感ガス体の高温期間に可燃性ガスを検出するとともに、低温期間に不完全燃焼時に発生する不完全燃焼ガスを検出し、上記触媒としてＰｄおよびＷを担持させたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
上記触媒として、ＰｄおよびＷに加えて、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｖの内の少なくとも１つを担持させたことを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
上記所定周期は略２０秒以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項４】
一方のヒータ兼用電極と抵抗検出用電極との間に負荷抵抗を介して所定電圧を印加し、上記制御部は両電極間に発生する電圧から感ガス体の抵抗値を検出しており、高温期間と低温期間とで負荷抵抗の抵抗値を切り換えることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項５】
周囲温度を検出する温度センサを備え、該温度センサの出力に基づいて上記制御部は高温期間および低温期間において感ガス体の抵抗値の温度補償を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項６】
外部より感ガス体に至るガス流路に、感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコン蒸気を除去するフィルタを設けたことを特徴とする請求項１乃至５記載のガス検出装置。
【請求項７】
上記フィルタが活性炭又はシリカゲルのいずれかからなることを特徴とする請求項６記載のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭や工業分野において、可燃性ガスや不完全燃焼時に発生する一酸化炭素などの不完全燃焼ガスを検出するガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、都市ガスやプロパンガスなどの可燃性ガスのガス漏れを検知するガス検出装置としては、酸化錫（ＳｎＯ2）を主成分とする感ガス体を用い、感ガス体の表面に可燃性ガスが付着したことによる感ガス体の抵抗変化から可燃性ガスを検出するものがあった。このようなガス検出装置は、感ガス体を加熱するためのヒータを有しており、ヒータへの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と、感ガス体の温度を低温とする低温期間とを所定周期で交互に設け、感ガス体が検出対象のガスに接触するとその抵抗値が減少するという性質を利用し、感ガス体の低温期間において不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）などの不完全燃焼ガスを検出するとともに、感ガス体の高温期間において感ガス体の表面に付着した不完全燃焼ガスを燃焼させ、その表面の汚れを除去した後、メタン（ＣＨ4）などの可燃性ガスを検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のガス検出装置では、感ガス体の熱容量が大きいために、感ガス体の温度を低温期間から高温期間に切り換える際や、高温期間から低温期間に切り換える際に、感ガス体の温度が略一定となるまでに長い時間を必要とするため、可燃性ガスや不完全燃焼ガスの検出周期が長くなるという問題があった。また、このようなガス検出装置では、検出対象以外の例えば水素などの雑ガスによっても感ガス体の抵抗値が変化するため、雑ガスによる誤検知を防止するために、雑ガスに対しては極力感度が低いことが望ましい。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、雑ガスの影響を低減し、且つ、検出周期を短縮したガス検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する略球状の感ガス体と、感ガス体中に埋設されたコイル状のヒータ兼用電極と、該ヒータ兼用電極のコイルの中心を貫通するように感ガス体中に埋設された抵抗検出用電極と、ヒータ兼用電極への通電を制御するとともに、感ガス体の抵抗値から検出対象ガスの濃度を検出する制御部とを備え、上記感ガス体は金属酸化物半導体に雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持して形成され、上記制御部はヒータ兼用電極への通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを所定周期で交互に設け、感ガス体の高温期間に可燃性ガスを検出するとともに、低温期間に不完全燃焼時に発生する不完全燃焼ガスを検出し、上記触媒としてＰｄおよびＷを担持させたことを特徴とし、ヒータ兼用電極のコイルの中心を貫通するように抵抗検出用電極が埋設されており、ヒータ兼用電極および抵抗検出用電極を感ガス体中に纏まりよく配置して、感ガス体を小型化することができるから、感ガス体の熱容量を小さくすることができる。したがって、高温期間および低温期間において感ガス体の温度が安定するまでに要する時間が短くなり、高温期間および低温期間の時間を短縮して、可燃性ガスや不完全燃焼ガスの検出周期を短縮して、検出遅れを短くできる。さらに、金属酸化物半導体に雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持して感ガス体を形成しており、金属酸化物半導体に担持した触媒が雑ガスに対する感度を低減して、雑ガスによる影響を低減することができる。
【０００６】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記触媒として、ＰｄおよびＷに加えて、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｖの内の少なくとも１つを担持させたことを特徴とし、妨害ガスとなる水素ガスやアルコールガスの感度を低減し、検知対象ガスの応答性を早めることができる。
【０００７】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記所定周期は略２０秒以下であることを特徴とし、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス漏れ警報器  空気より軽い１２Ａ，１３Ａ業務用検査規定」（昭和６０年１０月制定）や「不完全燃焼警報器検査規定」（昭和６１年８月制定）を満たすことができる。
【０００８】
請求項４の発明では、請求項１又は２の発明において、一方のヒータ兼用電極と抵抗検出用電極との間に負荷抵抗を介して所定電圧を印加し、上記制御部は両電極間に発生する電圧から感ガス体の抵抗値を検出しており、高温期間と低温期間とで負荷抵抗の抵抗値を切り換えることを特徴とし、負荷抵抗の抵抗値を適宜設定することにより、高温期間と低温期間とで検出対象のガスに応じた検出電圧を感ガス体に印加することができる。
【０００９】
請求項５の発明では、請求項１又は２の発明において、周囲温度を検出する温度センサを備え、該温度センサの出力に基づいて上記制御部は高温期間および低温期間において感ガス体の抵抗値の温度補償を行うことを特徴とし、制御部が温度センサの出力に基づいて感ガス体の抵抗値を温度補償することにより、高温期間および低温期間において検出対象のガスを精度良く検出でき、しかも１つの温度センサで高温期間および低温期間の温度補償を行うことができる。
【００１０】
請求項６の発明では、請求項１乃至５の発明において、外部より感ガス体に至るガス流路に、感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコン蒸気を除去するフィルタを設けたことを特徴とし、請求項７の発明では、請求項６の発明において、上記フィルタが活性炭又はシリカゲルのいずれかからなることを特徴とし、フィルタ層により感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコン蒸気を除去しているので、感ガス体のアルコール感度を低減でき、且つ、被毒物質であるシリコン蒸気から感ガス体を保護することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本実施形態のガス検出装置に用いるガス検出素子は、図１および図２（ａ）（ｂ）に示すように、略円板状の樹脂製のベース１１と、ベース１１を貫通してベース１１の表面側および裏面側に突出する３本の端子１２ａ〜１２ｃと、端子１２ａ〜１２ｃにそれぞれリード線１３ａ〜１３ｃを介して取り付けられたセンシング素子Ａと、天井面１４ａを有する略円筒状に形成されセンシング素子Ａを覆うようにしてベース１１に冠着されるカバー１４と、カバー１４の天井面１４ａに形成された丸孔１４ｂに取り付けられたガス導入用のステンレス製の金網１５とを備えている。
【００１２】
センシング素子Ａは、図１に示すように酸化錫（ＳｎＯ2）などの金属酸化物半導体を主成分とし略球状に形成された所謂焼結体型の感ガス体２０を有しており、この感ガス体２０中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極２１を埋設するとともに、ヒータ兼用電極２１のコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる抵抗検出用電極２２を感ガス体２０中に埋設して形成される。ここに、感ガス体２０から突出するヒータ兼用電極２１の両端部から上述したリード線１３ａ，１３ｃが構成され、感ガス体２０から突出する抵抗検出用電極２２の一端部からリード線１３ｂが構成される。なお、感ガス体２０の外径寸法は０．８ｍｍ以下となっており、感ガス体２０を略平板状に形成したり、略円筒状に形成して筒内にコイルを埋設した場合に比べて感ガス体２０を小型化でき、感ガス体２０の熱容量を小さくすることができる。
【００１３】
ここで、感ガス体２０は、酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とし、ＳｎＯ２に対してパラジウム（Ｐｄ）を１．７ｗｔ％担持して形成される（参考例）。以下にＳｎＯ２の調整について簡単に説明する。まず塩化錫（ＳｎＣｌ４）の水溶液をアンモニア（ＮＨ３）で加水分解して錫酸ゾルを得て、この得た錫酸ゾルを風乾燥後に空気中において例えば５００℃で１時間焼成し、ＳｎＯ２を得る。このＳｎＯ２に対してＰｄの王水溶液を含浸させ、例えば５００℃で空気中において１時間焼成し、Ｐｄを担持させている。Ｐｄを担持させたＳｎＯ２に骨材として例えば１０００メッシュのアルミナを等量混合し、更にテルピネオールを加えてペースト状にした後、ヒータ兼用電極２１および抵抗検出用電極２２に塗布し、例えば約５００℃で空気中において１時間焼成することにより感ガス体２０が形成される。ここで、ＳｎＯ２に担持したＰｄは、各種ガスに対する応答速度を改善する（速くする）触媒としての役割を果たしており、本実施形態ではＰｄに加えて５ｗｔ％のタングステン（Ｗ）を酸化錫に担持させてある。また、ＰｄおよびＷに加えて白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、セリウム（Ｃｅ）、モリブデン（Ｍｏ）の内の１つ又は複数をＳｎＯ２に対して０．５ｗｔ％担持させても良い。
【００１４】
このセンシング素子Ａのヒータ兼用電極２１の加熱を制御するとともに、感ガス体２０の抵抗値変化から検出対象のガスを検出する制御部２の回路構成を図３に示す。この回路では、交流商用電源ＡＣの交流電圧を降圧トランスＴｒで降圧し、降圧した電圧をダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２でそれぞれ全波整流する。一方のダイオードブリッジＤＢ２で整流された電圧は平滑コンデンサＣ１で平滑された後、三端子レギュレータＩＣ１で所定電圧に安定化されて、４ビットのマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）３に供給される。
【００１５】
センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間に接続され、トランジスタＱ１がオンしたときにヒータ兼用電極２１に通電され、ヒータ兼用電極２１が発熱するようになっている。また、センシング素子Ａの抵抗検出用電極２２は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ２１と負荷抵抗Ｒ２１との直列回路およびＰＮＰ型のトランジスタＱ２２と負荷抵抗Ｒ２２との直列回路とダイオードＤ１とを介して、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されるとともに、マイコン３の入力ポートＩ１に接続されている。
【００１６】
マイコン３の出力ポートＯ１にはトランジスタＱ１のベースが接続され、出力ポートＯ２１，Ｏ２２にはそれぞれトランジスタＱ２１，Ｑ２２のベースが接続されている。また、マイコン３の出力ポートＯ３〜Ｏ５にはそれぞれ表示用の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３のカソードが接続され、出力ポートＯ６，Ｏ７にはそれぞれフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の発光ダイオードＬ１，Ｌ２のカソードが接続されている。これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３及びＬ１，Ｌ２のアノードはそれぞれ限流抵抗を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されている。
【００１７】
ここで、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２は検出ガスの濃度などに応じたガス検出信号を電圧信号として出力するためのスイッチ素子として用いられる。この電圧信号を出すための直列制御型安定化回路４は、ダイオードブリッジＤＢ１の整流出力を平滑する平滑コンデンサＣ２の両端間に接続され、直列制御用トランジスタＱ３のベースに印加される基準電圧を、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフにより切り換えるようになっている。
【００１８】
この基準電圧は、平滑コンデンサＣ２の両端に抵抗Ｒ４を介して接続されたツェナダイオードＺＤの両端電圧を、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３で分圧することによって得られ、フォトトランジスタＰＴ１のオン時には抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の直列回路の両端電圧、すなわちツェナダイオードＺＤの両端電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。またフォトトランジスタＰＴ２のオン時には抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の直列回路とでツェナダイオードＺＤの両端電圧を分圧した電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。而して、フォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフに応じて、それぞれの基準電圧に対応した電圧信号がガス検出信号として外部に出力される。
【００１９】
また、マイコン３の出力ポートＯ８はコンパレータＣＰ２の非反転入力端子に接続され、出力ポートＯ９はコンパレータＣＰ３の反転入力端子に接続されている。出力ポートＯ８，Ｏ９から交互に出力される信号によって、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力の信号レベルは交互にローレベル／ハイレベルに反転し、圧電ブザーからなるブザー６に印加される電圧の極性が交互に反転し、警報音を発振出力するようになっている。なお、図３中の７はマイコン３に基準クロックを与えるための基準クロック発振回路であり、ＩＣ２は電源投入時にマイコン３をリセットするためのリセット用ＩＣである。
【００２０】
一方、トランジスタＱ１のエミッタ・ベース間にはプルアップ用抵抗Ｒ２を接続するとともに、このプルアップ用抵抗Ｒ２の両端にＰＮＰ型のトランジスタＱ４を接続してある。このトランジスタＱ４は、コンパレータＣＰ１などとともにヒータ兼用電極２１の保護回路５を構成してある。保護回路５では、抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路をダイオードＤ１を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続しており、その出力電圧を抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧するとともに、抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点をコンパレータＣＰ１の反転入力端子に接続している。またマイコン３の出力ポートＯ１と回路のグランドとの間に抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の直列回路を接続し、抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の接続点をコンパレータＣＰ１の非反転入力端子に接続し、コンパレータＣＰ１の出力端子を抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ４のベースに接続している。
【００２１】
三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、温度センサたる音湿度補償用のサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の直列回路が接続されており、サーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の接続点の電位がマイコン３の入力ポートＩ２に入力されている。マイコン３は、入力ポートＩ２からサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧を取り込み、入力ポートＩ１から取り込んだ感ガス体２０の両端電圧の温度補償を行う。
【００２２】
また三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、抵抗Ｒ２３および可変抵抗器ＶＲ１の直列回路と、抵抗Ｒ２４および可変抵抗器ＶＲ２の直列回路とが接続されており、マイコン３の入力ポートＩ３，Ｉ４には、それぞれ、可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２により設定された設定電圧が入力される。なお、入力ポートＩ３，Ｉ４に入力される電圧は、それぞれ、検出対象ガスであるメタン又は一酸化炭素のガス濃度が警告レベルに達したときの感ガス体２０の両端電圧に可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２を用いて設定されている。
【００２３】
而して、通常時において、マイコン３の出力ポートＯ１の出力がハイレベルのときにはコンデンサＣ０が抵抗Ｒ８を介して充電され、その充電電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を上回ってコンパレータＣＰ１の出力の信号レベルがハイレベルになり、トランジスタＱ４をオフ状態にしている。この時、トランジスタＱ１はオフして、センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１への通電が停止される。
【００２４】
また、通常時において、マイコン３の出力ポートＯ１の出力が所定時間ローレベルになると、トランジスタＱ１がオンして、センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１が通電される。一方、マイコン３の出力ポートＯ１の出力がローレベルになると、保護回路５のコンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、その両端電圧が低下するが、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ８の時定数により、上記所定時間が経過するまでコンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回ることがなく、そのため上記所定時間が経過するまでの間、コンパレータＣＰ１の出力がローレベルにならず、トランジスタＱ４のオフ状態が維持される。したがって、トランジスタＱ１はオン状態となり、ヒータ兼用電極２１が通電される。
【００２５】
その後、通常時において、上記所定時間が終了するとマイコン３は出力ポートＯ１をハイレベルとしてトランジスタＱ１をオフさせ、ヒータ兼用電極２１への通電を停止させる。
【００２６】
このようにして所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１を通電するデューティ制御を行うことにより、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃に加熱する高温期間と、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃に加熱する低温期間とを交互に設定することができる。
【００２７】
高温期間になるとマイコン３は出力ポートＯ２１の出力をハイレベルとしてトランジスタＱ２１をオンすることにより、負荷抵抗Ｒ２１を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。そして、高温期間から低温期間に切り替わる直前（高温期間開始時から約４．０〜５．０秒後）に、センシング素子Ａの感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、入力ポートＩ２から取り込んだサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧に基づいて感ガス体２０の両端電圧の温度補償を行う。そして、可燃性ガスの濃度が警告レベル以上になり、温度補償後の感ガス体２０の両端電圧が入力ポートＩ３の設定電圧よりも低くなると、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。
【００２８】
次に高温期間から低温期間に切り換わると、マイコン３は出力ポートＯ２２の出力をハイレベルとしてトランジスタＱ２２をオンすることにより、負荷抵抗Ｒ２２を介してセンシング素子Ａに所定の検出電圧を印加する。そして、低温期間から高温期間に切り替わる直前（低温期間開始時から約１４．５〜１５．０秒後）に、センシング素子Ａの感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、入力ポートＩ２から取り込んだサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧に基づいて感ガス体２０の両端電圧の温度補償を行う。そして、不完全燃焼ガスの濃度が警告レベル以上になり、温度補償後の感ガス体２０の両端電圧が入力ポートＩ４の設定電圧よりも低くなると、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。
【００２９】
このように本回路では可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２を用いて、高温期間および低温期間において警報を発生する際のガス濃度を調整することができるので、１個のサーミスタＴＨ１により高温期間および低温期間の温度補償を行うことができる。また、本回路では高温期間と低温期間とでセンシング素子Ａに接続する負荷抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を切り換えているので、検出対象のガスに応じて負荷抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値を適宜設定することにより、高温期間と低温期間で異なる種類のガスを精度良く検出できる。
【００３０】
ところで、本実施形態の回路構成では、マイコン３が外部ノイズなどにより暴走して、マイコン３の出力ポートＯ１がローレベルに固定されると、保護回路５のコンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、やがてコンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回るので、コンパレータＣＰ１の出力がハイレベルからローレベルに反転してトランジスタＱ４がオンし、トランジスタＱ１のベース電位を電源電圧まで吊り上げ、トランジスタＱ１を強制的にオフ状態とする。したがって、マイコン３が暴走したとしても、保護回路５がトランジスタＱ１を強制的にオフ状態とし、ヒータ兼用電極２１への通電を強制的に停止させているので、ヒータ兼用電極２１が必要以上に通電されることがなく、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ８の時定数を適切に設定することによって、マイコン３の暴走によるヒータ兼用電極２１の断線を防止できる。
【００３１】
尚、高温期間および低温期間の時間設定はセンシング素子Ａの熱容量などによって適宜な値に設定すれば良く、上記の値には特に限定されないが、高温期間を約５秒、低温期間を約１５秒とすることにより、検出周期を２０秒以下に設定することができ、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス漏れ警報器  空気より軽い１２Ａ，１３Ａ業務用検査規定」（昭和６０年１０月制定）や「不完全燃焼警報器検査規定」（昭和６１年８月制定）を満たすことができる。
【００３２】
また、図５に示すように、内部に活性炭よりなる外部フィルタ１７が取り付けられた天井面を有する円筒状のキャップ１６をカバー１３に冠着することにより、外部からセンシング素子Ａへガスが流入する径路に外部フィルタ１７を配置し、雑ガスであるアルコール蒸気や被毒ガスであるシリコン蒸気を外部フィルタ１７で除去して、センシング素子Ａのアルコール感度を低減するとともに、シリコン等の被毒物質からセンシング素子Ａを保護して、センシング素子Ａがアルコール蒸気やシリコン蒸気などの影響を受けにくくすることができる。尚、本実施形態では活性炭からなる外部フィルタ１７を用いているが、外部フィルタ１７の材質を活性炭に限定する趣旨のものではなく、外部フィルタ１７の材質をシリカゲル（ＳｉＯ2）としても良いし、活性炭およびシリカゲルの組み合わせとしても良い。
【００３３】
（参考例）
本参考例では、図１および図２に示す構造の感ガス体２０を有するセンシング素子Ａを形成した。ここで、感ガス体２０は、ＳｎＯ２に対して１．７ｗｔ％のＰｄを含有している。
【００３４】
（実施例１）
本実施例では、図１および図２に示す構造の感ガス体２０を有するセンシング素子Ａを形成した。ここで、感ガス体２０は、ＳｎＯ２に対して１．７ｗｔ％のＰｄと、５．０ｗｔ％のＷを含有している。
【００３５】
（実施例２）
本実施例では、図１および図２に示す構造の感ガス体２０を有するセンシング素子Ａを形成した。ここで、感ガス体２０は、ＳｎＯ２に対して１．７ｗｔ％のＰｄと、５．０ｗｔ％のＷと、０．５ｗｔ％のＲｈを含有している。
【００３６】
（実施例３）
本実施例では、図１および図２に示す構造の感ガス体２０を有するセンシング素子Ａを形成した。ここで、感ガス体２０は、ＳｎＯ２に対して１．７ｗｔ％のＰｄと、５．０ｗｔ％のＷと、０．５ｗｔ％のＣｅを含有している。
【００３７】
（実施例４）
本実施例では、図１および図２に示す構造の感ガス体２０を有するセンシング素子Ａを形成した。ここで、感ガス体２０は、ＳｎＯ２に対して１．７ｗｔ％のＰｄと、５．０ｗｔ％のＷと、０．５ｗｔ％のＰｔを含有している。
【００３８】
（実施例５）
本実施例では、図１および図２に示す構造の感ガス体２０を有するセンシング素子Ａを形成した。ここで、感ガス体２０は、ＳｎＯ２に対して１．７ｗｔ％のＰｄと、５．０ｗｔ％のＷと、０．５ｗｔ％のＭｏを含有している。
【００３９】
（比較例）
本比較例では、略平板状の感ガス体２０を有するセンシング素子Ａを形成した。ここで、感ガス体２０はＳｎＯ2から構成される。
【００４０】
図６および図７は、それぞれ、感ガス体２０の高温期間において、１０００ｐｐｍのメタン中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ１に対する各種ガス中での感ガス体２０の抵抗値Ｒの割合（Ｒ／Ｒｓ１）を示すグラフであり、図６はＳｎＯ２にＰｄを添加して感ガス体２０を形成した参考例の測定結果を示し、図７はＳｎＯ２にＰｄとＷを添加して感ガス体２０を形成した実施例１の測定結果を示している。図６および図７中の横軸はガス濃度（ｐｐｍ）、縦軸はＲ／Ｒｓ１であって、図６および図７中の実線イ（●）はメタンに対する測定結果、実線ロ（◆）は一酸化炭素に対する測定結果、実線ハ（△）は水素に対する測定結果をそれぞれ示している。これらのグラフではＲ／Ｒｓ１の値が小さいほど感度が高いことを示しており、参考例および実施例１共に水素に対する感度よりメタンに対する感度の方が大きくなっており、高温期間において水素の影響を低減することができる。なお、図６および図７のＲａｉｒ／Ｒｓ１は、１０００ｐｐｍのメタン中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ１に対する、空気中における感ガス体２０の抵抗値Ｒａｉｒの比率を測定した結果である。
【００４１】
また、図８および図９は、それぞれ、感ガス体２０の低温期間において、１００ｐｐｍの一酸化炭素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ２に対する各種ガス中での感ガス体２０の抵抗値Ｒの割合（Ｒ／Ｒｓ２）を示すグラフであり、図８は参考例の測定結果を示し、図９は実施例１の測定結果を示している。図８および図９中の横軸はガス濃度（ｐｐｍ）、縦軸はＲ／Ｒｓ２であって、図８および図９中の実線イ（●）はメタンに対する測定結果、実線ロ（◆）は一酸化炭素に対する測定結果、実線ハ（△）は水素に対する測定結果をそれぞれ示している。これらのグラフではＲ／Ｒｓ２の値が小さいほど感度が高いことを示しており、参考例および実施例１共に１００ｐｐｍの一酸化炭素に対する感度より、１０００ｐｐｍの水素に対する感度の方が小さくなっており、低温期間においても水素の影響を低減することができる。なお、図８および図９のＲａｉｒ／Ｒｓ２は、１００ｐｐｍの一酸化炭素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ２に対する、空気中における感ガス体２０の抵抗値Ｒａｉｒの比率を測定した結果である。
【００４２】
また、図１０および図１１は、ヒータ兼用電極２１への加熱を制御することにより、感ガス体２０の温度を高温に加熱した後に、低温で加熱した場合の各種ガスに対する応答特性を示しており、横軸は時間（秒）、縦軸は感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ（ｋΩ）であって、図１０は実施例１の測定結果を示し、図１１は比較例の測定結果を示している。尚、図１０および図１１の実線イ（●）は１０００ｐｐｍのメタンに対する測定結果、実線ロ（□）は１００ｐｐｍの一酸化炭素に対する測定結果、実線ハ（▲）は１０００ｐｐｍの水素に対する測定結果、実線ニ（○）は大気に対する測定結果をそれぞれ示しており、図１１の実線ホ（■）は３０ｐｐｍの一酸化炭素に対する測定結果、実線ヘ（△）は３００ｐｐｍの一酸化炭素に対する測定結果をそれぞれ示している。
【００４３】
比較例の感ガス体２０は所謂焼結体型の形状に形成されておらず、感ガス体２０の熱容量が大きくなっているので、高温期間あるいは低温期間に切り換わってから感ガス体２０の温度が安定し、その抵抗値Ｒｓが安定するまでの間に長い時間がかかるから、高温期間を６０秒、低温期間を９０秒として測定を行っていた。この測定結果より、高温期間において１０００ｐｐｍの水素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓは、１０００ｐｐｍのメタン中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓよりも小さくなっており、雑ガスである水素に対する感度が大きくなっているので、水素を誤検出する虞があるが、低温期間において１００ｐｐｍの一酸化炭素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓは、１０００ｐｐｍの水素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓよりも小さくなっており、雑ガスである水素に対する感度が小さくなるので、水素による影響が低減される。
【００４４】
一方、実施例１の感ガス体２０は所謂焼結体型に形成されているので、感ガス体２０の熱容量を小さくでき、比較例の感ガス体２０に比べて、高温期間あるいは低温期間に切り換わってから感ガス体２０の温度が安定し、その抵抗値Ｒｓが安定するまでの時間を短縮できる。すなわち、高温期間においては感ガス体２０を高温で加熱してから抵抗値Ｒｓが安定するまでの時間を約５秒以内に短縮することができ、低温期間においては感ガス体２０を低温で加熱してから抵抗値Ｒｓが安定するまでの時間を１０〜１５秒程度に短縮することができた。また、高温期間において、１０００ｐｐｍのメタン中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓは、１０００ｐｐｍの水素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓよりも小さくなり、低温期間においても、１００ｐｐｍの一酸化炭素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓは、１０００ｐｐｍの水素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓよりも小さくなっており、高温期間および低温期間において雑ガスである水素に対する感度が小さくなり、水素による影響が低減される。
【００４５】
さらに図１２は、感ガス体２０の主成分であるＳｎＯ２に添加する触媒の種類による水素感度の変化を示しており、実施例１〜５および参考例の感ガス体２０について、低温期間において１００ｐｐｍの一酸化炭素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ２に対する１０００ｐｐｍの水素中における感ガス体の抵抗値Ｒｓ３の比率Ｒｓ３／Ｒｓ２（抵抗比）を測定した結果を白抜きの棒グラフで示し、高温期間において１０００ｐｐｍのメタン中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ１に対する１０００ｐｐｍの水素中における感ガス体の抵抗値Ｒｓ３の比率Ｒｓ３／Ｒｓ１（抵抗比）を測定した結果を斜線の棒グラフで示している。
【００４６】
図１２より、高温期間における抵抗比Ｒｓ３／Ｒｓ１の測定結果は何れの触媒を添加した場合でも１より大きくなっており、メタン中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ１よりも水素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ３の方が大きくなっているので、水素に対する感ガス体２０の感度を小さくすることができ、水素による影響を低減できる。
【００４７】
また、低温期間における抵抗比Ｒｓ３／Ｒｓ２の測定結果は何れの触媒を添加した場合でも１より大きくなっており、一酸化炭素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ１よりも水素中における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ３の方が大きくなっているので、水素に対する感ガス体２０の感度を小さくして、水素による影響を低減することができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述のように請求項１の発明は、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する略球状の感ガス体と、感ガス体中に埋設されたコイル状のヒータ兼用電極と、該ヒータ兼用電極のコイルの中心を貫通するように感ガス体中に埋設された抵抗検出用電極と、ヒータ兼用電極への通電を制御するとともに、感ガス体の抵抗値から検出対象ガスの濃度を検出する制御部とを備え、上記感ガス体は金属酸化物半導体に雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持して形成され、上記制御部はヒータ兼用電極への通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを所定周期で交互に設け、感ガス体の高温期間に可燃性ガスを検出するとともに、低温期間に不完全燃焼時に発生する不完全燃焼ガスを検出し、上記触媒としてＰｄおよびＷを担持させたことを特徴とし、ヒータ兼用電極のコイルの中心を貫通するように抵抗検出用電極が埋設されており、ヒータ兼用電極および抵抗検出用電極を感ガス体中に纏まりよく配置して、感ガス体を小型化することができるから、感ガス体の熱容量を小さくできるという効果があり、したがって、高温期間および低温期間において感ガス体の温度が安定するまでに要する時間が短くなり、高温期間および低温期間の時間を短縮して、可燃性ガスや不完全燃焼ガスの検出周期を短縮して、検出遅れを短くできるという効果がある。さらに、金属酸化物半導体に雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持して感ガス体を形成しており、金属酸化物半導体に担持した触媒が雑ガスに対する感度を低減させるから、雑ガスによる影響を低減できるという効果もある。
【００４９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記触媒として、ＰｄおよびＷに加えて、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｖの内の少なくとも１つを担持させたことを特徴とし、妨害ガスとなる水素ガスやアルコールガスの感度を低減し、検知対象ガスの応答性を早めることができるという効果がある。
【００５０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、上記所定周期は略２０秒以下であることを特徴とし、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス漏れ警報器  空気より軽い１２Ａ，１３Ａ業務用検査規定」（昭和６０年１０月制定）や「不完全燃焼警報器検査規定」（昭和６１年８月制定）を満たすことができるという効果がある。
【００５１】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、一方のヒータ兼用電極と抵抗検出用電極との間に負荷抵抗を介して所定電圧を印加し、上記制御部は両電極間に発生する電圧から感ガス体の抵抗値を検出しており、高温期間と低温期間とで負荷抵抗の抵抗値を切り換えることを特徴とし、負荷抵抗の抵抗値を適宜設定することにより、高温期間と低温期間とで検出対象のガスに応じた検出電圧を感ガス体に印加できるという効果がある。。
【００５２】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の発明において、周囲温度を検出する温度センサを備え、該温度センサの出力に基づいて上記制御部は高温期間および低温期間において感ガス体の抵抗値の温度補償を行うことを特徴とし、制御部が温度センサの出力に基づいて感ガス体の抵抗値を温度補償することにより、高温期間および低温期間において検出対象のガスを精度良く検出でき、しかも１つの温度センサで高温期間および低温期間の温度補償を行えるという効果がある。
【００５３】
請求項６の発明は、請求項１乃至４の発明において、外部より感ガス体に至るガス流路に、感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコン蒸気を除去するフィルタを設けたことを特徴とし、請求項７の発明では、請求項６の発明において、上記フィルタが活性炭又はシリカゲルのいずれかからなることを特徴とし、フィルタ層により感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコン蒸気を除去しているので、感ガス体のアルコール感度を低減でき、且つ、被毒物質であるシリコン蒸気から感ガス体を保護できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のガス検出装置に用いるガス検出素子のカバーを外した状態の正面図である。
【図２】同上のガス検出素子を示し、（ａ）は一部破断せる正面図、（ｂ）は上面図である。
【図３】同上の回路図である。
【図４】同上の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】同上の別のガス検出装置を示す断面図である。
【図６】比較例の高温時におけるガス濃度−感度特性を示す図である。
【図７】参考例の高温時におけるガス濃度−感度特性を示す図である。
【図８】比較例の低温時におけるガス濃度−感度特性を示す図である。
【図９】参考例の低温時におけるガス濃度−感度特性を示す図である。
【図１０】参考例の各種ガスに対する応答性を示す図である。
【図１１】比較例の各種ガスに対する応答性を示す図である。
【図１２】感ガス体に担持する触媒の種類と水素感度との関係を示す図である。
【符号の説明】
２０  感ガス体
２１  ヒータ兼用電極
２２  抵抗検出用電極
【図１】
0003987650.tif 000002
【図２】
0003987650.tif 000003
【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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