(57)【要約】【課題】外部に向けて放射する赤外線量の低下を抑制しつつ、温度差に起因する応力による破損を抑制できる光源、および、そのような光源を備える非分散型赤外線分析式ガス検知器を提供する。【解決手段】非分散型赤外線分析式ガス検知器１に備えられる光源１１は、赤外線放射層４７は、他部がより覆われることなく外部に露出した状態で支持層４１に積層されているため、外部に向けて放射する赤外線量が低下することを抑制できる。光源１１は、発熱抵抗体４５が渦巻状に配置されたヒータ配線で形成されているため、並列に配置された複数のヒータ配線が直列に接続される構成の比較用発熱抵抗体１４５を備える比較用光源１１１に比べて、メンブレン領域５１での温度分布における温度差が小さくなる。これにより、赤外線放射層４７が温度差による応力によって破損することを抑制できる。【選択図】 図７
2016045080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を放射する光源であって、
板厚方向に貫通する空洞部を有する基板と、
前記基板のうち一方の板面に積層されて前記空洞部を覆う薄膜状の支持層と、
前記支持層のうち前記空洞部に重なるメンブレン領域に設けられて、外部からの通電により発熱する発熱部と、
前記基板の板厚方向に沿ってみたときに、少なくとも前記発熱部に重なりつつ前記発熱部よりも広い領域において前記支持層に積層されるとともに、前記支持層よりも高い放射率を有し、前記発熱部による加熱により前記赤外線を放射する放射部と、
を備えており、
前記基板の板厚方向に沿ってみたときに、
前記発熱部は、渦巻状に配置されたヒータ配線で形成されており、前記メンブレン領域の中央から周縁に向かうに従い、前記ヒータ配線の幅寸法が小さくなるとともに、前記ヒータ配線どうしの間隔が小さくなるよう構成されており、
前記発熱部の面積は、前記メンブレン領域の面積に対して５０％以上であること、
を特徴とする光源。
【請求項２】
請求項１に記載の光源を備える非分散型赤外線分析式ガス検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を放射する光源および測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知する非分散型赤外線分析式ガス検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線を放射する光源および測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知する非分散型赤外線分析式（ＮＤＩＲ式）ガス検知器が知られている。
赤外線を放射する光源としては、例えば、基板と、基板に設けられた薄膜部と、薄膜部に設けられて通電により発熱する発熱部と、薄膜部上に設けられて発熱部からの熱を受けて赤外線を放射する放射部と、を備える光源が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
このような構成の光源は、最外部に設けられた放射部から赤外線を放射することにより、高い光量を得ることができる。
また、光源の他の例としては、放射部が薄膜部（絶縁層）の内部に配置される構成のものがある（特許文献２）。さらに、この光源は、発熱部として、並列に配置された複数のフィラメントを備えている。
【０００４】
なお、赤外線を放射する光源の用途としては、例えば、非分散型赤外線分析式ガス検知器に備えられる光源が挙げられる。
非分散型赤外線分析式ガス検知器は、ガスの分子が特定波長の赤外線を吸収する特性を利用しており、測定対象ガスを通過した赤外線について、この特定波長の赤外線強度を測定することにより特定ガスを検知するものである。そして、非分散型赤外線分析式ガス検知器は、光源、測定セル（鏡筒）、波長選択フィルタ（バンドパスフィルタ）、受光器（赤外線センサ）を備える（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０５５６９７号公報
【特許文献２】特開平０９−１８４７５７号公報
【特許文献３】特開２００４−１３８４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、放射部が最外部に設けられる光源においては、発熱体の発熱による温度分布に起因して応力が発生することにより、放射部が破損する場合がある。つまり、温度分布における温度差が大きくなると、放射部の内部に応力が発生して、その応力によって放射部および薄膜部が破損する場合がある。
【０００７】
なお、放射部が薄膜部（絶縁層）の内部に配置される構成の光源であれば、放射部が薄膜部に覆われる状態となるため、放射部の破損を抑制できる可能性がある。しかし、このような構成の光源は、放射部が最外部に設けられる構成に比べて、外部に向けて放射する赤外線量が低下する傾向がある。
【０００８】
また、特許文献２では、並列に配置された複数のフィラメントをシリコン基板の縁に向かって次第に密に配置することで、均一な温度分布が得られることが記載されている。
しかし、この構成では、フィラメントの幅方向（並列配置方向）における温度分布の温度差を調整できる可能性はあるが、フィラメントの長手方向における温度分布の温度差を調整することは難しい。
【０００９】
そこで、本発明は、外部に向けて放射する赤外線量の低下を抑制しつつ、温度差に起因する応力による破損を抑制できる光源、および、そのような光源を備える非分散型赤外線分析式ガス検知器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】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の１つの局面における光源は、基板と、支持層と、発熱部と、放射部と、を備えており、赤外線を放射する。
基板は、板厚方向に貫通する空洞部を有する。
【００１１】
支持層は、基板のうち一方の板面に積層されて空洞部を覆う薄膜状に形成される。
発熱部は、支持層のうち空洞部に重なるメンブレン領域に設けられて、外部からの通電により発熱する。
【００１２】
放射部は、基板の板厚方向に沿ってみたときに、少なくとも発熱部に重なりつつ発熱部よりも広い領域において支持層に積層される。また、放射部は、支持層よりも高い放射率を有し、発熱部による加熱により赤外線を放射する。
【００１３】
基板の板厚方向に沿ってみたときに、発熱部は、渦巻状に配置されたヒータ配線で形成されており、メンブレン領域の中央から周縁に向かうに従い、ヒータ配線の幅寸法が小さくなるとともに、ヒータ配線どうしの間隔が小さくなるよう構成されている。
【００１４】
基板の板厚方向に沿ってみたときに、発熱部の面積は、メンブレン領域の面積に対して５０％以上である。
まず、このような構成の光源は、放射部が支持層に積層されており、放射部が最外部に配置される構成であるため、外部に向けて放射する赤外線量の低下を抑制できる。つまり、放射部が絶縁層などの内部に配置される構成に比べて、外部に向けて放射する赤外線量が低下することを抑制できる。
【００１５】
また、このような構成の光源は、発熱部が渦巻状に配置されたヒータ配線で形成されているため、後述する測定結果に示すように、並列に配置された複数のヒータ配線が直列に接続される構成の発熱部を備える場合に比べて、メンブレン領域での温度分布における温度差が小さくなる。
【００１６】
さらに、メンブレン領域の中央から外周縁に向かうに従い、ヒータ配線の幅寸法が小さくなるとともにヒータ配線どうしの間隔が小さくなるように、発熱部が構成されていることで、メンブレン領域の中央におけるヒータ配線の密度は、メンブレン領域の周縁におけるヒータ配線の密度に比べて、相対的に低くなる。
【００１７】
これにより、温度が高くなりがちなメンブレン領域の中央において、温度が高くなりすぎることを抑制しつつ、温度が低くなりがちなメンブレン領域の周縁において、温度が低くなりすぎることを抑制できる。この結果、メンブレン領域において温度分布における温度差が大きくなることを抑制できる。
【００１８】
このように温度分布における温度差が大きくなることを抑制することで、放射部の内部に応力が発生することを抑制できるとともに、放射部および支持層が応力によって破損することを抑制できる。
【００１９】
よって、本発明の光源によれば、外部に向けて放射する赤外線量の低下を抑制しつつ、温度差に起因する応力による破損を抑制できる。
次に、本発明の他の局面における非分散型赤外線分析式ガス検知器は、上述の光源を備えてもよい。
【００２０】
この非分散型赤外線分析式ガス検知器は、光源として、上述の光源を備えるため、光源が放射する赤外線量の低下を抑制しつつ、温度差に起因する応力による光源（詳細には、放射部および支持層）の破損を抑制できる。
【００２１】
なお、非分散型赤外線分析式ガス検知器は、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知するものであり、例えば、赤外線を放射する光源と、測定対象ガスが内部に導入される測定セルと、到達した赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を出力する赤外線センサと、を備えている。そして、赤外線センサは、特定ガスに応じて予め定められた波長の赤外線を透過する波長選択フィルタを備えている。
【００２２】
つまり、このような非分散型赤外線分析式ガス検知器においては、光源から赤外線センサに対して十分な赤外線が放射できるため、赤外線センサでの赤外線の検知精度が向上し、特定ガスの検知精度が向上する。また、温度差に起因する応力によって光源に破損が生じることを抑制できるため、非分散型赤外線分析式ガス検知器としてもガス検知が不可能な状態に陥る可能性を低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光源によれば、外部に向けて放射する赤外線量の低下を抑制しつつ、温度差に起因する応力による破損を抑制できる。
また、本発明の非分散型赤外線分析式ガス検知器によれば、温度差に起因する応力によって光源に破損が生じることを抑制できるため、ガス検知が不可能な状態に陥る可能性を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】非分散型赤外線分析式ガス検知器の内部構成を示す断面図である。
【図２】赤外線放射層を透過した状態の光源を表す平面図である。
【図３】光源の図２におけるＡ−Ａ視断面を表す断面図である。
【図４】第１測定試験の試験結果を示す説明図である。
【図５】赤外線放射層を透過した状態の比較用光源を表す平面図である。
【図６】比較用光源の図５におけるＢ−Ｂ視断面を表す断面図である。
【図７】光源のＣ−Ｃ断面におけるメンブレン領域での温度分布の測定結果である。
【図８】比較用光源のＤ−Ｄ断面におけるメンブレン領域での温度分布の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本発明が適用された光源１１および非分散型赤外線分析式ガス検知器１について、図面を用いて説明する。
【００２６】
図１は、第１実施形態の非分散型赤外線分析式ガス検知器１の内部構成を示す断面図である。
この非分散型赤外線分析式ガス検知器１（以下、単に、ガス検知器１ともいう）は、測定対象ガスが人の呼気であり、検知対象である特定ガスが二酸化炭素（ＣＯ２  ）である。つまり、ガス検知器１は、人の呼気に含まれる二酸化炭素を検知するために用いられる。
【００２７】
ガス検知器１は、光源１１と、測定セル１３と、赤外線センサ１５と、セル用ヒータ１７と、を備えている。
光源１１は、赤外線を含んだ光を放射する。なお、光源１１の詳細については、後述する。
【００２８】
測定セル１３は、アルミニウム製の円筒形状の部材であり、円筒の軸線方向における一端の内部に光源１１が配置される。測定セル１３は、光源１１から発せられる赤外線を赤外線センサ１５に届ける鏡筒の役割を兼ねる。
【００２９】
測定セル１３は、光源１１より放射される赤外線を反射する内壁面２１と、人の呼気が導入されるガス空間２３と、測定対象ガス（人の呼気）をガス空間２３に導入・排出するためのガス入出部２５と、を備えている。内壁面２１は、アルミニウム製である。
【００３０】
赤外線センサ１５は、測定セル１３の端部のうち光源１１が配置される側とは反対の端部に配置されており、光源１１から出力されて測定セル１３のガス空間２３を通過した赤外線もしくは測定セル１３の内壁面２１で反射して到達した赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を出力する。
【００３１】
赤外線センサ１５は、赤外線検知素子３１と、台座３３と、キャップ３５と、２つのバンドパスフィルタ３７，３８（詳細には、検知用フィルタ３７、参照用フィルタ３８）と、を備えている。
【００３２】
赤外線検知素子３１は、ＭＥＭＳ型（微小電気機械素子型）のサーモパイルであり、受光した赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を出力する。
つまり、この赤外線検知素子３１は、照射される赤外線の強度に応じて検知用赤外線吸収層（図示省略）および参照用赤外線吸収層（図示省略）がそれぞれ温度変化し、両者に温度差ΔＴが発生すると、その温度差ΔＴに応じた起電力ΔＶを生じ、その起電力ΔＶに応じた赤外線検知信号を電極パッド（図示省略）から外部に出力する。
【００３３】
赤外線センサ１５は、検知用フィルタ３７を通過した赤外線が赤外線検知素子３１の検知用赤外線吸収層に到達するとともに、参照用フィルタ３８を通過した赤外線が赤外線検知素子３１の参照用赤外線吸収層に到達するよう構成されている。
【００３４】
ここで、検知用フィルタ３７は、検知波長（４．３［μｍ］）の赤外線を選択的に透過するバンドパスフィルタであり、波長が４．３［μｍ］の赤外線は、二酸化炭素（ＣＯ２  ）に吸収される特性がある。また、参照用フィルタ３８は、参照波長（３．９［μｍ］）の赤外線を選択的に透過するバンドパスフィルタであり、波長が３．９［μｍ］の赤外線は、ガスによる吸収が生じない特性がある。
【００３５】
このため、参照用赤外線吸収層の温度を基準としつつ、検知用赤外線吸収層の温度変化状態を検出することで、ＣＯ２  濃度の判定が可能となる。換言すれば、検知用赤外線吸収層と参照用赤外線吸収層との温度差に基づいて、ＣＯ２  の濃度を判定することが可能となる。
【００３６】
台座３３は、赤外線検知素子３１を支持する金属製部材である。台座３３は、赤外線検知素子３１に接続される信号線４０を挿通するための挿通孔（図示省略）を備えている。挿通孔の内壁には絶縁材料（図示省略）が配置されており、絶縁材料は、台座３３と信号線４０とを電気的に絶縁する。
【００３７】
信号線４０は、一端が赤外線検知素子３１の電極パッドに電気的に接続され、他端が外部機器に電気的に接続されることで、赤外線検知信号を外部に出力するための信号経路を形成する。信号線４０は、金製のリードワイヤ（図示省略）を用いたボンディングにより、赤外線検知素子３１の電極パッドに電気的に接続される。
【００３８】
赤外線検知素子３１は、台座３３における所定の設置位置に、エポキシ系接着剤により固定される。
キャップ３５は、ステンレス合金により構成され、台座３３に支持された赤外線検知素子３１を収容する素子配置空間（図示省略）を形成する部材である。キャップ３５は、抵抗溶接により台座３３と接合されることで、台座３３とともに素子配置空間を形成する。キャップ３５は、外部から素子配置空間に光を取り込むための第１窓部（図示省略）および第２窓部（図示省略）を備える。
【００３９】
検知用フィルタ３７は、キャップ３５の第１窓部を覆うように、エポキシ系接着剤によりキャップ３５に固定され、参照用フィルタ３８は、キャップ３５の第２窓部を覆うように、エポキシ系接着剤によりキャップ３５に固定される。前述のように、検知用フィルタ３７（第１窓部）を通過した赤外線は、赤外線検知素子３１の検知用赤外線吸収層に到達し、参照用フィルタ３８（第２窓部）を通過した赤外線は、赤外線検知素子３１の参照用赤外線吸収層に到達する。
【００４０】
このような構成の赤外線センサ１５は、図１に示すように、アルミニウム製の固定治具５９により測定セル１３の端部に固定される。
セル用ヒータ１７は、シリコンラバーヒータであり、測定セル１３を取り囲むように配置される。セル用ヒータ１７は、４０［℃］以上に設定された特定の制御温度（本実施形態では、５０［℃］に設定）で、測定セル１３を加熱する。
【００４１】
［１−２．光源］
次に、光源１１について説明する。
図２は、赤外線放射層４７を透過した状態の光源１１を表す平面図であり、図３は、光源１１の図２におけるＡ−Ａ視断面を表す断面図である。
【００４２】
図２および図３に示すように、光源１１は、基板４４、支持層４１、発熱抵抗体４５、赤外線放射層４７、を備えている。
基板４４は、シリコン製基板であり、基板４４の外周部分を形成する枠部４４ａと、枠部４４ａに取り囲まれた状態で基板４４の板厚方向に貫通する空洞部４４ｂと、を有する。枠部４４ａのうち、空洞部４４ｂに対向する内壁面４４ｃは、基板４４の表面４４ｄから裏面４４ｅにかけて空洞部４４ｂの開口面積が拡大するように傾斜したテーパ形状に形成されている。
【００４３】
支持層４１は、基板４４のうち一方の板面（本実施形態では、表面４４ｄ）に積層される薄膜状の部材であり、表面４４ｄに現れる空洞部４４ｂの開口部を覆うように基板４４（枠部４４ａ）に積層される。支持層４１は、上側支持層４１ａおよび下側支持層４１ｂの二層構造であり、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）などの絶縁層で構成されている。
【００４４】
発熱抵抗体４５は、白金（Ｐｔ）を主体とする発熱抵抗体であり、支持層４１のうち空洞部４４ｂに重なる領域（以下、メンブレン領域５１ともいう）であって、上側支持層４１ａと下側支持層４１ｂとの間に配置されている。
【００４５】
図２に示すように、発熱抵抗体４５は、メンブレン領域５１において、渦巻状に配置されたヒータ配線で形成されている。発熱抵抗体４５は、メンブレン領域５１の中央から周縁に向かうに従い、ヒータ配線の幅寸法が小さくなるとともに、ヒータ配線どうしの間隔が小さくなるよう構成されている。
【００４６】
メンブレン領域５１における「発熱抵抗体４５の形成領域」の割合は、７１％である。なお、「発熱抵抗体４５の形成領域」とは、発熱抵抗体４５の全体を覆うことができる最小の四角形領域であり、図２に示す光源１１においては、辺Ｘ１および辺Ｘ２で囲まれる領域に相当する。
【００４７】
発熱抵抗体４５の２つの端部４５ａは、リード部４５ｂを通じて、それぞれ異なるコンタクトパッド５０に電気的に接続されている。２つのコンタクトパッド５０は、支持層４１の外部に露出する状態で形成されており、外部電源（図示省略）に電気的に接続されて発熱抵抗体４５への電力供給経路を形成する。２つのコンタクトパッド５０は、アルミニウム（Ａｌ）あるいは金（Ａｕ）で形成されている。
【００４８】
赤外線放射層４７は、炭化硅素（ＳｉＣ）を主成分として構成されており、基板４４の板厚方向に沿ってみたときに、少なくとも発熱抵抗体４５に重なりつつ、発熱抵抗体４５よりも広い領域において、支持層４１に積層される。赤外線放射層４７は、支持層４１のうち発熱抵抗体４５の配置領域のみならずメンブレン領域５１の全体を覆う状態で、支持層４１に積層されている。
【００４９】
赤外線放射層４７は、支持層４１よりも高い放射率を有する材料で形成されており、発熱抵抗体４５による加熱により赤外線を放射する。赤外線放射層４７は、他部材により覆われることなく外部に露出した状態で支持層４１に積層されているため、他部材に覆われる構成に比べて、外部に向けて放射する赤外線量が低下することを抑制できる。
【００５０】
このような構成の光源１１は、支持層４１のメンブレン領域５１がダイヤフラム構造となり、このメンブレン領域５１に発熱抵抗体４５を配置することで、発熱抵抗体４５は周囲から断熱された状態となる。このため、この光源１１は、発熱抵抗体４５への通電により短時間で昇温可能となると共に、短時間で赤外線放射層４７から赤外線を放射することが可能となる。
【００５１】
また、この光源１１は、赤外線放射層４７が外部に露出した状態で支持層４１に積層されているため、外部に向けて放射する赤外線量が低下することを抑制できる。
［１−３．光源の製造方法］
次に、光源１１の製造方法について説明する。
【００５２】
まず、第１工程では、シリコン製の基板４４の洗浄を行う。具体的には、厚さ寸法が４００［μｍ］の基板４４を洗浄液に浸して、洗浄処理を行う。
次に、第２工程では、下側支持層４１ｂを形成する。
【００５３】
第２工程では、洗浄済みの基板４４の表面４４ｄに対して、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）で形成された膜を減圧ＣＶＤ法により成膜することで、下側支持層４１ｂを形成する。
次に、第３工程では、発熱抵抗体４５およびリード部４５ｂを形成する。
【００５４】
第３工程では、まず、下側支持層４１ｂの上に、スパッタ法により白金（Ｐｔ）などの金属膜を製膜する。このあと、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、発熱抵抗体４５を形成する。このとき、発熱抵抗体４５に電気的に接続されるリード部４５ｂについても、発熱抵抗体４５と同様にパターニング形成される。
【００５５】
次に、第４工程では、上側支持層４１ａを形成する。
第４工程では、発熱抵抗体４５を中心として上下方向（積層方向）の膜構成が対称となるように、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）で形成された膜を減圧ＣＶＤ法により成膜することで、上側支持層４１ａを形成する。
【００５６】
次に、第５工程では、コンタクトパッド５０を形成する。
第５工程では、リード部４５ｂの上側の所定位置に設けたコンタクトホールに対して、スパッタ法により金（Ａｕ）等の金属膜を成膜した後、パターニングして金（Ａｕ）等の金属材料からなる２つのコンタクトパッド５０を形成する。
【００５７】
次に、第６工程では、赤外線放射層４７を形成する。
第６工程では、上側支持層４１ａの表面の所定領域に対して、所定材料（炭化硅素（ＳｉＣ）を主成分としてガラスが混合された材料）を含むペーストを用いて、スクリーン印刷により所定形状の赤外線放射層４７を形成する。
【００５８】
なお、赤外線放射層４７の形成方法は、スクリーン印刷に限定されるものではない。赤外線放射層４７を構成する材料に適した種々の方法を用いることができる。例えば、インクジェット印刷により赤外線放射層４７を形成しても良い。また、ＣＶＤ法により成膜し、フォトリソグラフィー処理によりパターニングして赤外線放射層４７を形成することもできる。
【００５９】
次に、第７工程では、空洞部４４ｂを形成する。
第７工程では、まず、基板４４の下面全面に、例えばプラズマＣＶＤ法によりエッチングマスク用の窒化シリコン膜４６を形成する。そして、フォトリソグラフィー処理により窒化シリコン膜４６に開口部を形成する。この開口部の大きさおよび位置は、メンブレン領域５１の形成領域に応じて定められる。
【００６０】
このあと、基板４４を異方性エッチング処理によりエッチングする。このエッチングは、基板４４の上面に設けられた下側支持層４１ｂが露出するまで実施され、これにより、基板４４を板厚方向に貫通する空洞部４４ｂが形成される。空洞部４４ｂは、基板４４のうちメンブレン領域５１に対応する部位に形成される。
【００６１】
次に、第８工程では、基板４４を切断する。
第８工程では、ダイシング装置を用いて基板４４をチップ状にダイシングを行う。
以上の工程により、渦巻状に配置されたヒータ配線で形成される発熱抵抗体４５を有する光源１１が完成する。
【００６２】
このようにして完成した光源１１では、コンタクトパッド５０を通じて外部からの電力供給を受けることで発熱抵抗体４５が発熱し、その熱により赤外線放射層４７が加熱されると、赤外線放射層４７から赤外線が放射される。
【００６３】
［１−４．ガス検知］
上述した構成のガス検知器１は、ガス入出部２５を介して測定セル１３のガス空間２３に人の呼気（測定対象ガス）を導入・排出した上で、ガス空間２３に導入された呼気に含まれる二酸化炭素（特定ガス）の濃度を検知する。
【００６４】
つまり、光源１１から照射される赤外線は、測定セル１３のガス空間２３に導入された呼気に含まれる二酸化炭素に吸収されるため、赤外線センサ１５に到達する赤外線の強度は、二酸化炭素の濃度に応じて変化する。そして、赤外線センサ１５（赤外線検知素子３１）から出力される赤外線検知信号が二酸化炭素の濃度に応じて変化することから、赤外線検知信号に基づいて人の呼気に含まれる二酸化炭素の濃度を検知できる。なお、赤外線センサ１５は、参照用フィルタ３８の透過中心波長（３．９［μｍ］）に応じた赤外線を基準として、検知用フィルタ３７の透過中心波長（４．３［μｍ］）に応じた赤外線を検知する。
【００６５】
ガス検知器１は、セル用ヒータ１７が測定セル１３を加熱して測定セル１３の内壁面２１に結露が生じるのを抑制することで、光源１１から照射される赤外線が測定セル１３の内壁面２１で反射する際の減衰量を低減する。
【００６６】
上述したように、赤外線センサ１５（赤外線検知素子３１）から出力される赤外線検知信号が二酸化炭素の濃度に応じて変化することから、赤外線検知信号に基づいて人の呼気に含まれる二酸化炭素の濃度を検知できる。
【００６７】
つまり、ガス検知器１においては、光源１１から放射された赤外線が測定セル１３の内部を通過して赤外線センサ１５に到達し、赤外線センサ１５の赤外線検知素子３１が受光する赤外線の強度に基づいて、検知波長の赤外線に対応したガス（二酸化炭素）を検知する。
【００６８】
よって、このガス検知器１を用いることで、赤外線検知信号に基づいて人の呼気に含まれる二酸化炭素の濃度を検知することが可能となる。
［１−５．測定試験］
本発明を適用した光源において、メンブレン領域５１に対する発熱抵抗体４５の形成領域の割合と、放射される赤外線量との関係を測定した第１測定試験の試験結果について説明する。
【００６９】
なお、「発熱抵抗体４５の形成領域」とは、発熱抵抗体４５の全体を覆うことができる最小の四角形領域であり、図２に示す光源１１においては、辺Ｘ１および辺Ｘ２で囲まれる領域に相当する。
【００７０】
また、本試験では、メンブレン領域の大きさが異なる４種類の光源を用いて、それぞれの光源において、メンブレン領域５１に対する発熱抵抗体４５の形成領域の割合と、光量（放射される赤外線量）との関係を測定した。なお、４種類の光源におけるメンブレン領域の１辺の寸法（ＤＰサイズ）は、それぞれ２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍである。
【００７１】
図４に示す測定結果によれば、４種類の光源は、いずれも、メンブレン領域５１に対する発熱抵抗体４５の形成領域の割合を５０％以上に設定することで、メンブレン領域５１に対する発熱抵抗体４５の形成領域の割合が３０％以下である場合に比べて、光量（放射される赤外線量）が増加することが判る。
【００７２】
とりわけ、メンブレン領域５１に対する発熱抵抗体４５の形成領域の割合が６０％以上であれば、光量（放射される赤外線量）が大幅に増加することが判る。
よって、第１測定試験によれば、メンブレン領域５１に対する発熱抵抗体４５の形成領域の割合を５０％以上に設定することで、光源が外部に向けて放射する赤外線量の低下を抑制できることが判る。
【００７３】
次に、本発明を適用した光源と、発熱抵抗体の形状（詳細には、ヒータ配線の配置形状）が本発明とは異なる比較用光源と、のそれぞれについて、メンブレン領域での温度分布を測定した第２測定試験の試験結果について説明する。
【００７４】
なお、比較用光源１１１は、図５および図６に示すように、基板４４、支持層４１、比較用発熱抵抗体１４５、赤外線放射層４７、を備えている。このうち、比較用発熱抵抗体１４５以外の構成は、光源１１と同様であり、同一符号を付して表している。
【００７５】
比較用発熱抵抗体１４５は、白金（Ｐｔ）を主体とする発熱抵抗体であり、並列に配置された複数のヒータ配線が直列に接続されて構成されている。比較用発熱抵抗体１４５の２つの端部１４５ａは、リード部１４５ｂを通じて、それぞれ異なるコンタクトパッド５０に電気的に接続されている。
【００７６】
図７は、光源１１のＣ−Ｃ断面におけるメンブレン領域での温度分布の測定結果であり、図８は、比較用光源１１１のＤ−Ｄ断面におけるメンブレン領域での温度分布の測定結果である。
【００７７】
光源１１では、発熱抵抗体４５の形成領域（−８００〜＋８００［μｍ］の座標領域に相当）において、最低温度が約４２０℃であり、最高温度が約４６０℃であることから、温度分布の温度差が約４０℃であり、温度分布の温度差が比較的小さい範囲（５０℃以内）に収まっている。温度分布の温度差が５０℃以内であれば、赤外線放射層４７の内部に生じる応力が小さく抑えられ、熱応力による赤外線放射層４７および支持層４１の破損が生じることを抑制できる。
【００７８】
比較用光源１１１では、比較用発熱抵抗体１４５の形成領域（−８００〜＋８００［μｍ］の座標領域に相当）において、最低温度が約３７０℃であり、最高温度が約５００℃であることから、温度分布の温度差が約１３０℃であり、温度分布の温度差が大きくなっている（温度差が１００℃以上）。温度分布の温度差が１００℃以上であれば、赤外線放射層４７の内部に生じる応力が大きくなり、熱応力による赤外線放射層４７および支持層４１の破損が生じやすくなる。
【００７９】
これらの測定結果によれば、光源１１は、比較用光源１１１に比べて、メンブレン領域における温度分布の温度差が小さくなり、赤外線放射層４７と支持層４１との間に生じる応力が小さく抑えられて、熱応力による赤外線放射層４７の破損が生じるのを抑制できる。つまり、渦巻状に配置されたヒータ配線で形成された発熱抵抗体を備えることで、並列に配置された複数のヒータ配線が直列に接続される構成の発熱抵抗体を備える場合よりも、メンブレン領域における温度分布の温度差を小さくすることができ、熱応力による赤外線放射層の破損が生じるのを抑制できる。
【００８０】
［１−６．効果］
以上説明したように、本実施形態の非分散型赤外線分析式ガス検知器１に備えられる光源１１は、支持層４１に積層された赤外線放射層４７を備えている。
【００８１】
赤外線放射層４７は、他部材により覆われることなく外部に露出した状態で備えられており、発熱抵抗体４５による加熱により赤外線を放射する。
このように、赤外線放射層４７は、他部材により覆われることなく外部に露出した状態で支持層４１に積層されているため、他部材に覆われる構成に比べて、外部に向けて放射する赤外線量が低下することを抑制できる。
【００８２】
また、光源１１は、渦巻状に配置されたヒータ配線で形成された発熱抵抗体４５を備えている。
発熱抵抗体４５は、メンブレン領域５１に配置されており、メンブレン領域５１の中央から周縁に向かうに従い、ヒータ配線の幅寸法が小さくなるとともに、ヒータ配線どうしの間隔が小さくなるよう構成されている。また、メンブレン領域５１における「発熱抵抗体４５の形成領域」の割合は、７１％である。
【００８３】
光源１１は、発熱抵抗体４５が渦巻状に配置されたヒータ配線で形成されているため、上述の測定結果に示すように、並列に配置された複数のヒータ配線が直列に接続される構成の比較用発熱抵抗体１４５を備える比較用光源１１１に比べて、メンブレン領域５１での温度分布における温度差が小さくなる。
【００８４】
さらに、メンブレン領域５１の中央から外周縁に向かうに従い、ヒータ配線の幅寸法が小さくなるとともにヒータ配線どうしの間隔が小さくなるように発熱抵抗体４５が構成されていることで、メンブレン領域５１の中央におけるヒータ配線の密度は、メンブレン領域５１の周縁におけるヒータ配線の密度に比べて、相対的に低くなる。
【００８５】
これにより、温度が高くなりがちなメンブレン領域５１の中央において、温度が高くなりすぎることを抑制しつつ、温度が低くなりがちなメンブレン領域５１の周縁において、温度が低くなりすぎることを抑制できる。この結果、メンブレン領域５１において温度分布における温度差が大きくなることを抑制できる。
【００８６】
このように温度分布における温度差が大きくなることを抑制することで、赤外線放射層４７の内部に応力が発生することを抑制できるとともに、赤外線放射層４７および支持層４１が応力によって破損することを抑制できる。
【００８７】
よって、光源１１によれば、外部に向けて放射する赤外線量の低下を抑制しつつ、温度差に起因する応力による破損を抑制できる。
そして、このような光源１１を備える非分散型赤外線分析式ガス検知器１は、光源１１が放射する赤外線量の低下を抑制しつつ、温度差に起因する応力による光源１１（詳細には、赤外線放射層４７）の破損を抑制できる。
【００８８】
そして、この非分散型赤外線分析式ガス検知器１においては、光源１１から赤外線センサ１５に対して十分な赤外線が放射できるため、赤外線センサ１５での赤外線の検知精度が向上し、特定ガス（二酸化炭素）の検知精度が向上する。また、温度差に起因する応力によって光源１１に破損が生じることを抑制できるため、非分散型赤外線分析式ガス検知器１としてもガス検知が不可能な状態に陥る可能性を低減できる。
【００８９】
［１−７．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
光源１１が光源の一例に相当し、基板４４が基板の一例に相当し、支持層４１が支持層の一例に相当し、発熱抵抗体４５が発熱部の一例に相当し、赤外線放射層４７が放射部の一例に相当し、非分散型赤外線分析式ガス検知器１が非分散型赤外線分析式ガス検知器の一例に相当する。
【００９０】
［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９１】
例えば、上記実施形態では、渦巻状に配置されたヒータ配線で形成される発熱部（発熱抵抗体）として、メンブレン領域の中央から周囲にかけてヒータ配線が３本配置される発熱部について説明したが、発熱部はこのような構成に限られることはない。つまり、発熱部は、メンブレン領域の中央から周囲にかけてヒータ配線が４本以上配置される構成であってもよい。
【００９２】
また、メンブレン領域における発熱抵抗体の形成領域の割合は、上記実施形態のような７１％に限られることはなく、５０％以上であれば、放射部（赤外線放射層）から放射される赤外線量の低下を抑制できる。
【００９３】
また、非分散型赤外線分析式ガス検知器１は、呼気中の二酸化炭素を測定する用途のガス検知器に限られることはなく、検知用フィルタの検知波長を変更することで、他のガス検知に用いることができる。例えば、検知用フィルタとして、波長が９．４［μｍ］の赤外線を選択的に透過するバンドパスフィルタを用いることで、呼気中のアルコール濃度を判定することができる。
【００９４】
次に、上記実施形態では、放射部（赤外線放射層４７）として炭化硅素（ＳｉＣ）を主成分とするものについて説明したが、放射部は、炭化硅素（ＳｉＣ）を主成分とするものに限られることはなく、ＣｕＯ（酸化銅）、Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄）、黒化処理されたＰｔ（白金黒）、もしくは黒化処理されたＡｕ（金黒）、Ｃ（炭素）などを主成分として構成してもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１…非分散型赤外線分析式ガス検知器（ガス検知器）、１１…光源、１３…測定セル、１５…赤外線センサ、１７…セル用ヒータ、４１…支持層、４１ａ…上側支持層、４１ｂ…下側支持層、４４…基板、４４ａ…枠部、４４ｂ…空洞部、４４ｃ…内壁面、４４ｄ…表面、４４ｅ…裏面、４５…発熱抵抗体、４５ａ…端部、４５ｂ…リード部、４６…窒化シリコン膜、４７…赤外線放射層、５０…コンタクトパッド、５１…メンブレン領域。
【図１】
2016045080.tif 000003
【図２】
2016045080.tif 000004
【図３】
2016045080.tif 000005
【図４】
2016045080.tif 000006
【図５】
2016045080.tif 000007
【図６】
2016045080.tif 000008
【図７】
2016045080.tif 000009
【図８】
2016045080.tif 000010