(57)【要約】ガスセンサ素子と、ガスセンサ素子を収容し、検知対象ガスを導入可能な開口部を有する筐体部と、開口部を覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、加熱手段は、ガスフィルタ材料において、筐体部の外部に対向する領域と筐体部の内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするガスセンサである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を収容し、検知対象ガスを導入可能な開口部を有する筐体部と、
前記開口部を覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、
前記ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、前記ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、
前記加熱手段は、前記ガスフィルタ材料において、前記筐体部の外部に対向する領域と前記筐体部の内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記筐体部の外部に対向する領域と前記筐体部の内部に対向する領域とを連通する貫通孔を有し、前記貫通孔には前記ガスフィルタ材料が充填されてい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】
前記ガスフィルタ材料は、多孔質セラミックスおよび／または活性炭であることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記ガスセンサ素子が、接触燃焼式ガスセンサ素子であり、
前記加熱手段は、接触燃焼式ガスセンサ素子を加熱する温度よりも低い温度で前記ガスフィルタ材料を加熱する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記ガスフィルタ材料を１５０℃以上に加熱する手段であることを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
ガスセンサ素子を有するガス警報装置であって、
前記ガス警報装置は、検知対象ガスを導入可能な少なくとも１つの開口部と、
前記開口部の少なくとも１つを覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、
前記ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、前記ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、
前記加熱手段は、前記ガスフィルタ材料において、前記ガス警報装置の外部に対向する領域と前記ガス警報装置の内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするガス警報装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載のガスセンサを備えるガス警報装置。
【請求項８】
ガスセンサ素子を有するガス遮断装置であって、
前記ガス遮断装置は、検知対象ガスを導入可能な少なくとも１つの開口部と、
前記開口部の少なくとも１つを覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、
前記ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、前記ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、
前記加熱手段は、前記ガスフィルタ材料において、前記ガス遮断装置の外部に対向する領域と前記ガス遮断装置の内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするガス遮断装置。
【請求項９】
請求項１から５のいずれかに記載のガスセンサを備えるガス遮断装置。
【請求項１０】
ガスセンサ素子を有するスマートデバイスであって、
前記スマートデバイスは、検知対象ガスを導入可能な少なくとも１つの開口部と、
前記開口部の少なくとも１つを覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、
前記ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、前記ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、
前記加熱手段は、前記ガスフィルタ材料において、前記スマートデバイスの外部に対向する領域と前記スマートデバイスの内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするスマートデバイス。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれかに記載のガスセンサを備えるスマートデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ、ガス警報装置、ガス遮断装置およびスマートデバイスに関する。特に、ガスフィルタを有するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサは、雰囲気中に存在するガスを検知し、その種類、濃度等の情報を電気信号に変換して出力する装置である。このようなガスセンサは、家電機器、産業用機器、環境モニタリング機器等に搭載され、人間、環境等に対して影響を及ぼすガスの漏洩を検知するために用いられている。【０００３】
ガスセンサとしては、検知するガスの種類、濃度範囲、精度、動作原理、構成材料等の違いにより種々のガスセンサが知られている。検知するガスが可燃性ガスである場合、接触燃焼式、半導体式、熱伝導式等のガスセンサが知られている。【０００４】
このようなガスセンサとしては、当該ガスセンサが設置される環境に存在する粉塵、検知対象ガスとは異なる様々な夾雑ガスの影響を防ぐために、ガスセンサ素子を筐体部内に収納し、通気性のフィルタを介して、検知対象ガスを検知する構成が知られている。【０００５】
ところで、シリコーン材料は、耐熱性および生体適合性が高いという特徴を有し、建築材料、トイレタリー製品、ドライクリーニングの溶剤等、多種多様な場面で使われている。しかしながら、これらのシリコーン材料の多くは、比較的揮発しやすいシロキサンを有する、または、劣化などの原因でシロキサンを分解発生させてしまう。シロキサンガスが、加熱駆動させるタイプのガスセンサ素子のガス検知部に到達すると、ガス検知部と吸着結合し、ガス検知部を絶縁体である酸化ケイ素で被覆してしまい、センサ特性を劣化させることが知られている。【０００６】
しかしながら、上記のフィルタはシロキサンを吸着結合して除去する機能は有しておらず、フィルタを備える構成であっても、センサ特性の劣化につながるという問題があった。【０００７】
このような問題を解決するために、特許文献１には、フィルタにシロキサンガスに被毒される触媒を含有させ、フィルタを加熱することにより、シロキサンガスを除去できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２０３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されている構成では、加熱されたフィルタを通過した気体は、さらに別のフィルタを通過する必要がある。また、ガス検知素子の周辺は外部に開放されており、ガス検知素子は、外部の温度変化の影響を受けやすい。可燃性ガスの燃焼によりガスを検知する素子においては、ガス検知素子の周辺の温度変化がノイズとして検出され、ガスセンサの精度が落ちるという問題があった。【００１０】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、ガスセンサ素子の感度劣化を抑制でき、しかもガス検知素子の周辺の温度変化を低減できる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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明のガスセンサは、
［１］ガスセンサ素子と、
ガスセンサ素子を収容し、検知対象ガスを導入可能な開口部を有する筐体部と、
開口部を覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、
ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、
加熱手段は、前記ガスフィルタ材料において、筐体部の外部に対向する領域と筐体部の内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするガスセンサである。【００１２】
［２］加熱手段は、筐体部の外部に対向する領域と筐体部の内部に対向する領域とを連通する貫通孔を有し、貫通孔にはガスフィルタ材料が充填されていることを特徴とする［１］に記載のガスセンサである。【００１３】
［３］ガスフィルタ材料は、多孔質セラミックスおよび／または活性炭であることを特徴とする［１］または［２］に記載のガスセンサである。【００１４】
［４］ガスセンサ素子が、接触燃焼式ガスセンサ素子であり、
加熱手段は、接触燃焼式ガスセンサ素子を加熱する温度よりも低い温度でガスフィルタ材料を加熱する手段であることを特徴とする［１］から［３］のいずれかに記載のガスセンサである。【００１５】
［５］加熱手段は、ガスフィルタ材料を１５０℃以上に加熱する手段であることを特徴とする［４］に記載のガスセンサである。【００１６】
［６］ガスセンサ素子を有するガス警報装置であって、
ガス警報装置は、検知対象ガスを導入可能な少なくとも１つの開口部と、
開口部の少なくとも１つを覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、
ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、
加熱手段は、ガスフィルタ材料において、ガス警報装置の外部に対向する領域とガス警報装置の内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするガス警報装置である。【００１７】
［７］［１］から［５］のいずれかに記載のガスセンサを備えるガス警報装置である。【００１８】
［８］ガスセンサ素子を有するガス遮断装置であって、
ガス遮断装置は、検知対象ガスを導入可能な少なくとも１つの開口部と、
開口部の少なくとも１つを覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、
ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、
加熱手段は、ガスフィルタ材料において、ガス遮断装置の外部に対向する領域とガス遮断装置の内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするガス遮断装置である。【００１９】
［９］［１］から［５］のいずれかに記載のガスセンサを備えるガス遮断装置である。【００２０】
［１０］ガスセンサ素子を有するスマートデバイスであって、
スマートデバイスは、検知対象ガスを導入可能な少なくとも１つの開口部と、
開口部の少なくとも１つを覆う通気性ガスフィルタ部と、を有し、
ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有し、
加熱手段は、ガスフィルタ材料において、スマートデバイスの外部に対向する領域とスマートデバイスの内部に対向する領域との両方を加熱することを特徴とするスマートデバイスである。【００２１】
［１１］［１］から［５］のいずれかに記載のガスセンサを備えるスマートデバイスである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ガスセンサ素子の感度劣化を抑制でき、しかもガス検知素子の周辺の温度変化を低減できるガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本実施形態に係るガスセンサの断面模式図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るガスセンサが備えるガスセンサ素子の断面模式図である。
【図３】図３は、シロキサンガスに曝された模擬素子の触媒部と基板部分とにおいて、処理温度と、ＸＰＳ分析によるＳｉ強度と、の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本実施形態において、別の態様に係るガスセンサの断面模式図である。
【図５】図５は、図４に示すガスセンサが有するハニカムヒータの模式図である。
【図６】図６は、図５に示すハニカムヒータの貫通孔にガスフィルタ材料が充填されている構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本実施形態に係るガス警報装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本実施形態に係るガス警報装置の断面模式図である。
【図９】図９は、本実施形態に係るガス警報装置の断面模式図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係るガス遮断装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係るガス遮断装置の断面模式図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係るスマートデバイスの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係るスマートデバイスの断面模式図である。
【図１４】図１４は、本実施例において、ガスセンサを載置してからの経過時間とセンサ感度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を、具体的な実施形態に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
１．ガスセンサ
１．１．ガスセンサの全体構成
１．２．ガスセンサ素子
１．３．筐体部
１．４．ガスフィルタ部
１．５．ガスセンサの動作
２．ガス検知機能を有する装置
２．１．ガス警報装置
２．２．ガス遮断装置
２．３．スマートデバイス
３．本実施形態における効果
４．変形例
【００２５】
（１．ガスセンサ）
本実施形態に係るガスセンサは、可燃性ガスを検知するための接触燃焼式ガスセンサであり、少なくともシロキサンガスをフィルタリングするガスフィルタを備えている。
【００２６】
（１．１．ガスセンサの全体構成）
本実施形態に係るガスセンサ１は、図１に示すように、ガスセンサ素子１０と、ガスセンサ素子１０を内部に収納し、一方の側（図１では、上方側）に開口部を有する筐体部２０と、筐体部の開口部を覆うように配置されるガスフィルタ部３０と、を有している。ガスフィルタ部３０は、ガスフィルタ材料３１と、ガスフィルタ材料３１を加熱するヒータ３２ａ、３２ｂと、を有している。各構成要素について以下に説明する。
【００２７】
（１．２．ガスセンサ素子）
本実施形態では、ガスセンサ素子１０は、図２に示すように、ガス検知用素子１１と温度補償用素子１２とから構成される。ガス検知用素子１１は、基板部１４０、ヒータ部１３０、ガス検知部１２０および触媒部１１０がこの順序で積層された構成を有する積層構造体である。
【００２８】
触媒部１１０は、複数の粒子が集合し一体化されて形成される多孔質状材料である担体材料に触媒材料が担持されたものから構成される。ガス検知部１２０は、ガス検知材１２１、ガス検知電極１２２およびガス検知材保護膜１２３から構成される。また、ヒータ部１３０は、所定の抵抗値を有する配線からなるヒータ１３１およびヒータ保護膜１３２から構成される。基板部１４０は、支持基板１４１と、支持基板１４１の一方の主面上に形成された絶縁膜１４２と、を有しており、支持基板１４１には空洞部１４３が形成されている。
【００２９】
また、ガス検知用素子１１には、外部回路と、素子内部に埋設されたガス検知電極１２２またはヒータ１３１とを電気的に接続できるよう素子表面に引き出された引出電極１５０が形成されている。なお、図２には、ガス検知部内部に形成されたガス検知電極１２２と電気的に接続され、素子表面に引き出されている引出電極１５０のみが図示されているが、別の断面においては、ヒータ部内部に形成されたヒータ１３１と電気的に接続され、素子表面に引き出されている別の引出電極が形成されている。
【００３０】
温度補償用素子１２は、ガス検知部１２０上に、触媒材料が担持されていない担体材料１１１が単独で形成されている以外は、ガス検知用素子１１と同じ構成を有する。
【００３１】
（１．３．筐体部）
筐体部は、上記のガスセンサ素子が収容可能であり、後述するガスフィルタ部が配置される開口部を有しており、検知対象ガスを筐体部内部に導入可能であれば、その材質、寸法等は特に制限されない。また、筐体部は、外部の温度変化がガスセンサ素子に影響しない程度において、開口部以外に、検知対象ガス、触媒部で燃焼したガス等を排出するための排出口を有していてもよい。
【００３２】
（１．４．ガスフィルタ部）
ガスフィルタ部は、ガスフィルタ材料と、ガスフィルタ材料を加熱する加熱手段と、を有している。本実施形態では、図１に示すように、ガスフィルタ部３０は、筐体部２０の開口部２１全体を覆うように配置されている。ガスフィルタ部３０は、通気性を有しているので、検知対象ガスを含む気体は、ガスフィルタ部３０を介して、筐体部２０の外部から筐体部２０の内部に流入可能である。
【００３３】
ガスフィルタ材料は、検知対象ガスを含む気体が通過可能な程度の通気性を有していれば、特に制限されないが、本実施形態では、検知対象ガスが通過可能な程度の細孔径を有する多孔質材料であることが好ましい。多孔質材料は、通気性を有しつつ、表面積が非常に大きいので、フィルタリングするガス（シロキサンガス）を十分吸着結合させることができる。具体的には、ガスフィルタ材料は、多孔質セラミックスおよび／または活性炭であることが好ましい。多孔質セラミックスとしては、アルミナ、シリカ、ゼオライト、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム等が例示される。
【００３４】
加熱手段は、ガスフィルタ材料において、筐体部の外部に対向する領域と筐体部の内部に対向する領域を少なくとも加熱する。
【００３５】
図１では、ガスフィルタ材料３１において、筐体部の外部側の面（図１ではガスフィルタ材料の上面側）３１ａに、上部ヒータ３２ａが設けられ、筐体部の内部側の面（図１ではガスフィルタ材料の下面側）３１ｂに下部ヒータ３２ｂが設けられている。
【００３６】
上部ヒータ３２ａおよび下部ヒータ３２ｂは、ガスフィルタ材料３１と同様に、筐体部２０の開口部２１全体を覆っているので、検知対象ガスを含む気体が筐体部２０の内部に導入可能なように構成されている。具体的には、ハニカムヒータ、メッシュ状のヒータ、円形状、楕円形状、多角形状等の貫通孔の開けられた面状ヒータ等が例示される。
【００３７】
このような構成とすることにより、上部ヒータ３２ａによりガスフィルタ材料の上面３１ａは加熱され、所定の温度に達して、フィルタリングするガス（シロキサンガス）を吸着結合させることができる。したがって、ガスフィルタ材料３１に進入したシロキサンガスは、ガスフィルタ材料３１を通過できずに、ガスフィルタ部３０にトラップされる。その結果、ガスセンサ素子１０には、ガスセンサ素子１０に含まれる触媒を被毒するガスが到達しないので、ガスセンサ素子１０の劣化が抑制される。
【００３８】
一方、下部ヒータ３２ｂによりガスフィルタ材料３１の下面３１ｂが加熱されることにより、ガスフィルタ材料３１の下面３１ｂを通過するガスは一定の温度に加熱されることになる。したがって、筐体部２０の外部が温度変化に曝され、ガスフィルタ部３０に流入するガスの温度が変化する場合であっても、ガスフィルタ材料３１の下面３１ｂを通過する時には、ガスの温度を一定の温度に維持することができる。その結果、ガスセンサ素子１０の周辺の温度も一定に維持され、温度変化に起因するノイズを抑制できるので、ガスセンサ素子１０の精度を維持することができる。
【００３９】
本実施形態では、加熱効率の観点から、ガスフィルタ材料と加熱手段とが直接接触していることが好ましい。また、加熱手段が、図１に示すように、上部ヒータ３２ａと下部ヒータ３２ｂとから構成されている場合、上部ヒータと下部ヒータとの間で０．５℃から１０℃の温度差を設けることが好ましい。これにより、ガスフィルタ部の厚み方向に適度な応力が生じ、検知対象ガスの通気性を阻害するガスフィルタ部のたわみを防止することができる。
【００４０】
ところで、特許文献１にも記載されているように、シロキサンガスの存在下において、触媒が担持された担体材料を加熱すると、触媒がシロキサンガスにより被毒されることは知られている。
【００４１】
しかしながら、本発明者らは、以下に示す実験により、触媒が担持されていない材料であっても、シロキサンガス存在下において、当該材料を加熱すると、シロキサンガスが吸着結合することを見出した。
【００４２】
当該実験では、まず、多孔質のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に触媒材料としての白金（Ｐｔ）を担持させた触媒部を基板としてのサファイア上に形成した模擬素子を作製した。この模擬素子を、シロキサン入りの容器とともに、耐熱性ガラス製のペトリ皿内に載置し蓋をした。蓋をしたペトリ皿を、電気炉内に設置して所定の温度まで加熱し３０分維持した後、自然放冷して室温まで降温させペトリ皿を取り出した。ペトリ皿から模擬素子を回収して、模擬素子において、触媒部と、触媒部以外の基板部分とについてＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により定性分析を行った。ＸＰＳは表面分析法なので、シロキサンガスが模擬素子の表面に吸着結合していれば、シロキサンガス由来のＳｉが検出される。なお、蓋をしたペトリ皿を室温で１週間放置した後に回収した模擬素子についても、ＸＰＳによる定性分析を行った。処理温度とＳｉ強度との関係を示すグラフを図３に示す。
【００４３】
図３より、室温で１週間放置した模擬素子については、触媒部および基板部分の両方において、Ｓｉはほとんど検出されなかった。すなわち、加熱しない場合には、シロキサンガスは、基板部分に加えて、触媒部にも吸着結合しないことが分かる。一方、処理温度が高くなると、触媒部および基板部分の両方において、Ｓｉ強度が大きくなることが確認できた。これは、シロキサンガスが触媒部だけでなく基板部分にも吸着結合していることを示している。ここで注目すべきは、基板部分についても、触媒部と同様に、処理温度が高くなるにつれ、Ｓｉ強度が大きくなり、その強度も触媒部の強度よりも若干低い程度であるという点である。このことは、処理温度が高くなれば、触媒材料を含まない基板部分に対して、触媒部に吸着結合するシロキサンガス量に近い量のシロキサンガスが吸着結合することを示している。すなわち、シロキサンガスの吸着結合は、加熱温度に影響され、触媒の存在には影響されない。
【００４４】
したがって、特許文献１とは異なり、本実施形態では、ガスフィルタ材料に、わざわざシロキサンガスにより被毒される触媒材料を含ませる必要はない。したがって、ガスフィルタ部において、検知対象ガスが燃焼して消費されることはないので、検知対象ガスの濃度を精度よく検知することができる。
【００４５】
また、図３より、Ｓｉ強度は１５０℃付近から大きくなり、２５０℃付近でほぼ一定となっている。すなわち、シロキサンガスの吸着結合量は、１５０℃付近から大きくなり、２５０℃付近でほぼ飽和する。したがって、上述した加熱手段は、ガスフィルタ材料を１５０℃以上で加熱することが好ましい。また、加熱温度の上限を３００℃とすることが好ましく、２５０℃とすることがより好ましい。あるいは、加熱温度の上限を、ガスセンサ素子を加熱する温度よりも低い温度とすることも好ましい。どちらの場合であっても、加熱による消費電力の増大を抑制しつつ、シロキサンガスを十分に吸着結合することができる。
【００４６】
加熱手段は、ガスフィルタ材料３１において、筐体部の外部側の面３１ａおよび筐体部の内部側の面３１ｂを少なくとも加熱していれば、図１に示す構成には限定されない。図１に示す構成とは異なる構成としては、加熱手段が、筐体部の外部側と筐体部の内部側とを連通させる貫通孔を備えるヒータである構成が例示される。このようなヒータとしては、たとえば、図４に示すハニカムヒータ３２ｃが例示される。このハニカムヒータ３２ｃは、図５に示すように、六角形状の貫通孔３２ｄが連なって形成されている。なお、貫通孔の形状は、六角形に限定されず、貫通孔を形成できる形状であればよい。たとえば、四角形などの多角形が例示される。
【００４７】
ハニカムヒータ３２ｃとしては、たとえば、チタン酸バリウム等の誘電体から構成されるハニカム状構造体の各貫通孔３２ｄの両端部に電極３２ｅを形成したものが例示される。電極としては、たとえば、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等が例示され、たとえば、めっきにより形成される。
【００４８】
また、加熱手段が貫通孔を有するヒータで構成されている場合、図６に示すように、ガスフィルタ材料３１は、各貫通孔３２ｄに充填されていることが好ましい。このようにすることにより、低消費電力でガスフィルタ材料の上面側および下面側を含むガスフィルタ材料全体が加熱されるので、上述した効果を効率よく得ることができる。また、図１に示す構成よりも、ガスフィルタ部を薄くできるので、ガスセンサの小型化も実現することができる。
【００４９】
ガスフィルタ部３０は、図１および図４に示すように、ガスフィルタ材料３１およびヒータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃの外側に、脱落防止用部材３３を有していてもよい。脱落防止用部材３３は、ガスフィルタ材料３１が粉体、顆粒等から構成されている場合、または、脱落しやすい材料から構成されている場合に、これらが飛散したり、ガスセンサ素子１０に付着したりすることを防止することができる。脱落防止用部材３３としては、金属製メッシュ、ガラスフィルタ等が例示される。
【００５０】
（１．５．ガスセンサの動作原理）
ガスセンサ１において、ガスセンサ素子１０のヒータ１３１およびサーミスタ電極１２２は引出電極を介して図示しない外部回路に接続される。また、ガスフィルタ部のヒータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、ガスセンサ素子１０が接続される外部回路とは別の外部回路に接続される。ガスフィルタ部のヒータは、ガスセンサ素子のヒータと同じ外部回路に接続されていてもよいが、同じ外部回路に接続されている場合には、ガスセンサ素子のヒータと、ガスフィルタ部のヒータとが独立して温度を調節できるように構成されていることが好ましい。
【００５１】
ガスセンサ１を作動させると、通電が開始され、ガスセンサ素子１０のヒータ１３１に所定の電圧が印加され、サーミスタ電極１２２には固定抵抗が直列に接続されており、バイアス電圧が印加される。サーミスタ１２１およびその上に位置する触媒部１１０は、ヒータ１３１に印加される電圧に応じて、所定の温度、たとえば、３００℃程度まで加熱される。また、ガスフィルタ部のヒータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃにも所定の電圧が印加され、印加される電圧に応じて、ガスフィルタ部がセンサ素子のヒータ部の温度より低い所定の温度、たとえば、１５０〜２５０℃に加熱される。
【００５２】
この状態において、ガスセンサ１が配置された空間に、検知対象ガスである一酸化炭素などの可燃性ガスと、フィルタリングすべきガスであるシロキサンガスと、が存在している場合、一酸化炭素はガスフィルタ部３０を通過するが、シロキサンガスは、所定の温度に加熱されているガスフィルタ材料３１に吸着結合され、ガスフィルタ部３０を通過できない。したがって、ガスセンサ素子１０の表面には、シロキサンガスは到達せず、ガスセンサ素子１０は被毒されない。
【００５３】
一方、ガスセンサ素子１０の表面には、一酸化炭素の存在割合に対応する量の一酸化炭素が到達して、触媒部１１０上で一酸化炭素（可燃性ガス）と酸素等が結合し燃焼する。この時、可燃性ガスの燃焼により触媒部１１０において生じた燃焼熱はサーミスタ１２１を加熱する。この燃焼熱による温度変化に起因するサーミスタ１２１の抵抗値の変化がサーミスタ電極１２２により検出され、電気信号として外部回路に出力される。その結果、可燃性ガスの濃度を検知することができる。
【００５４】
（２．ガス検知機能を有する装置）
本実施形態に係るガスセンサは、ガス検知機能を有する種々の装置に適用できる。本実施形態に係るガスセンサは、シロキサンガスによる被毒が抑制されているので、特に、高精度なセンサ特性が要求される装置に好適に適用できる。以下に、本実施形態に係るガスセンサが好適に適用可能な装置の具体例を示す。
【００５５】
（２．１．ガス警報装置）
ガス警報装置は、ガスセンサによりガス漏れを検知して、警報を発する機器である。本実施形態に係るガス警報装置は、ガスセンサ素子と、検知対象ガスを導入可能な開口部と、開口部の少なくとも１つを覆う通気性ガスフィルタ部と、を有している。ガスセンサ素子およびガスフィルタ部は上述した構成を有している。なお、ガスセンサ素子およびガスフィルタ部以外の構成は公知のガス警報装置が有する構成とすればよい。
【００５６】
本実施形態に係るガス警報装置１００の構成は、たとえば、図７に示すブロック図に示すことができる。図７において、検知部１１０は、センサから構成されており、少なくとも、上記のガスセンサ素子を含むガスセンサを有している。このガスセンサを加熱することにより検知対象ガスを検知する。また、検知部１１０は、その他のセンサを有していてもよい。その他のセンサとしては、たとえば、温度センサ、湿度センサが例示される。
【００５７】
処理部１５０は、種々の処理を行う計算機から構成されており、通常、公知のコンピュータから構成されている。処理部１５０では、検知部１１０に対して、電気信号を送信し、各センサを制御する。また、ガスフィルタ部の加熱手段を制御し、ガスフィルタ部を加熱する。
【００５８】
さらに、処理部１５０は、検知部１１０から送られる電気信号を処理して、検知対象ガスの濃度等を算出する。そして、算出された濃度に基づき、出力部１６０に対して、所定の指示を送る。出力部１６０は、警報音の出力、警告音声の出力、ランプの点灯等により使用者に対して警報を通知することが可能な警報通知部を有している。たとえば、検知対象ガスの濃度が所定の値以下である場合には、警報通知部から何も発せられないが、検知対象ガスの濃度が所定の値を超えると、警報音、警告音声、ランプの点灯により、使用者に対してガス漏れを通知する。
【００５９】
図８に、本実施形態に係るガス警報装置１００の断面模式図を示す。図８において、検知部１１０は、ガスセンサ１ａ、温度センサ６０および湿度センサ７０から構成され、検知部１１０の筐体部１２０内に配置されている。また、ガスセンサ１ａは、ガスセンサ素子１０がガスセンサの筐体部２０内に配置されて構成されていてもよいし、ガスセンサ素子１０のみから構成されていてもよいいる。すなわち、ガスセンサ１ａがガスセンサ素子１０のみから構成されている場合には、ガスセンサの筐体部２０を用いることなく、ガスセンサ素子１０と温度センサ６０と湿度センサ７０とが検知部１１０の筐体部１２０内に配置されている。
【００６０】
ガス警報装置１００は、検知対象ガスを導入可能な開口部を有しており、図８においては、ガス警報装置の筐体部１０１に形成されている開口部１０２と、検知部１１０の筐体部１２０に形成されている開口部１２１と、ガスセンサ１ａに形成されている開口部２１と、を有している。本実施形態では、これらの開口部のうち、少なくとも１つの開口部を覆うようにガスフィルタ部が配置されている。図８においては、ガス警報装置１００の筐体部１０１に形成されている開口部１０２と、検知部１１０の筐体部１２０に形成されている開口部１２１と、にガスフィルタ部３０が配置されている。
【００６１】
すなわち、（１）において説明したガスセンサとは異なり、ガスセンサの筐体部にガスフィルタ部が配置されていなくてもよい。換言すれば、外部からガス警報装置に流入する気体が、ガスセンサ素子に達するまでに、ガスフィルタ部を通過するように構成されていれば、ガスフィルタ部の配置場所は任意である。また、開口部に配置されるガスフィルタ部の数も任意である。
【００６２】
なお、本実施形態に係るガス警報装置においては、ガスセンサの筐体部の開口部にガスフィルタ部が配置されていることが好ましく、この場合、本実施形態に係るガス警報装置は、（１）において説明したガスセンサを有している。また、図９に示すように、ガスフィルタ部３０が、ガスセンサ１の筐体部２０の開口部２１に配置されており、さらに、ガスフィルタ部３０が他の開口部１０２、１２１に配置されている場合、ガスセンサ１の筐体部２０の開口部２１に配置されているガスフィルタ部３０の加熱温度を低くすることが可能となる。
【００６３】
（２．２．ガス遮断装置）
ガス遮断装置は、ガスセンサにより検知されたガス濃度に基づき、ガス管を流れるガス量を制御する装置である。本実施形態に係るガス遮断装置は、検知対象ガスの濃度が所定の値を超えた場合に、ガス遮断手段により、ガス管を流れるガスの供給を停止する装置である。
【００６４】
本実施形態に係るガス遮断装置は、上述したガス警報装置と、ガス遮断手段と、を有している。したがって、本実施形態に係るガス遮断装置が有するガス警報装置の説明は省略する。本実施形態に係るガス遮断装置のブロック図を図１０に示し、本実施形態に係るガス遮断装置の断面模式図を図１１に示す。
【００６５】
図１０に示すように、ガス警報装置１００の処理部１５０と、ガス遮断手段１７０の処理部１８０とは連動するよう公知の通信手段２１０により接続されており、ガス警報装置１００の処理部１５０から送信される情報に基づき、ガス遮断手段１７０の処理部１８０はガス管を流れるガス量を制御する。すなわち、本実施形態に係るガス遮断装置２００は、検知対象ガスの濃度が所定の値を超えると、警報音、警告音声、ランプの点灯により、使用者に対して、ガス漏れを通知するとともに、ガス管を流れるガスの供給を停止する。なお、ガス警報装置１００の処理部１５０と、ガス遮断手段１７０の処理部１８０とを接続する通信手段２１０は制限されず、有線による通信手段でもよいし、無線による通信手段でもよい。
【００６６】
ガス遮断部１９０は、たとえば、公知の電磁弁から構成されており、処理部からの電気信号により電磁弁を開閉する。
【００６７】
上述したガス警報装置と同様に、本実施形態に係るガス遮断装置の開口部にガスフィルタ部が配置されており、外部からガス遮断装置に流入する気体が、ガスセンサ素子に達するまでに、ガスフィルタ部を通過するように構成されていれば、ガスフィルタ部の配置位置は任意である。また、開口部に配置されるガスフィルタ部の数も任意である。
【００６８】
図１１では、ガス警報装置１００の筐体部１０１の開口部１０２にはガスフィルタ部は配置されておらず、検知部１１０の筐体部１２０の開口部１２１およびガスセンサ１の開口部２１にガスフィルタ部３０が配置されている。なお、図１１では、図１０に示されている処理部１５０、１８０および出力部１６０については図示を省略している。
【００６９】
また、上述したガス警報装置と同様に、本実施形態に係るガス遮断装置においても、ガスセンサの筐体部の開口部にガスフィルタ部が配置されていることが好ましい。
【００７０】
（２．３．スマートデバイス）
スマートデバイスは、通信手段を介して、外部からの命令に応答することが可能な装置である。また、蓄積されたデータをＡＩ（人工知能）により処理し、最適な応答を行う機能を有していてもよい。
【００７１】
本実施形態に係るスマートデバイスは、ガス検知機能を有するスマートデバイスである。すなわち、本実施形態に係るスマートデバイスは、ガスセンサ素子と、検知対象ガスを導入可能な開口部と、開口部の少なくとも１つを覆う通気性ガスフィルタ部と、を有している。ガスセンサ素子およびガスフィルタ部は上述した構成を有している。なお、ガスセンサ素子およびガスフィルタ部以外の構成は公知のスマートデバイスが有する構成とすればよい。
【００７２】
本実施形態に係るスマートデバイス３００は、たとえば、図１２に示すブロック図の構成を有している。検知部３１０の構成は、上述したガス警報装置の検知部の構成と同じなので、説明を省略する。
【００７３】
入力部３７０は、外部からの命令を受け付けるよう構成されており、たとえば、音声による命令を受け付けるためにマイクで構成されていてもよいし、タッチパネル、キーボード等の入力装置から構成されていてもよい。また、通信部３８０を介して、遠隔操作による命令を受信する装置から構成されていてもよい。
【００７４】
通信部３８０は、通信装置から構成されており、有線によりスマートデバイス３００の外部と通信してもよいし、無線によりスマートデバイス３００の外部と通信してもよい。
【００７５】
処理部３５０は、上述したガス警報装置の処理部が有する機能に加えて、たとえば、入力部３７０に入力された命令に対して、スマートデバイス３００内部に蓄積されたデータに基づき、処理を行ってもよいし、スマートデバイス３００外部との通信により、スマートデバイス３００外部に蓄積されたデータに基づき、処理を行ってもよい。たとえば、検知対象ガスの濃度情報およびその他の環境情報に基づき、ガス漏れに応じて、処理部３５０が、使用者に対して最適な対処情報を作成して提案してもよい。
【００７６】
出力部３６０は、上述したガス警報装置の出力部が有する機能に加えて、ディスプレイ等にガス漏れに関する警告画面を表示する機能、通信部３８０を介して遠隔地にいる使用者に連絡する機能等を有していてもよい。
【００７７】
図１３に、本実施形態に係るスマートデバイス３００の断面模式図を示す。図１３において、検知部３１０は、上述したガス警報装置の検知部の構成と同じである。
【００７８】
上述したガス警報装置と同様に、本実施形態に係るスマートデバイスの開口部にガスフィルタ部が配置されており、外部からスマートデバイスに流入する気体が、ガスセンサ素子に達するまでに、ガスフィルタ部を通過するように構成されていれば、ガスフィルタ部の配置場所は任意である。また、開口部に配置されるガスフィルタ部の数も任意である。
【００７９】
図１３では、スマートデバイス３００の筐体部３０１には開口部３０２が２つ形成されており、２つの開口部３０２にガスフィルタ部３０が配置されている。一方、検知部１１０の筐体部１２０の開口部１２１にはガスフィルタ部３０は配置されておらず、ガスセンサ１の開口部２１にガスフィルタ部３０が配置されている。なお、図１３では、図１２に示されている処理部３５０、出力部３６０、入力部３７０、通信部３８０については図示を省略している。
【００８０】
また、上述したガス警報装置と同様に、本実施形態に係るスマートデバイスにおいても、ガスセンサの筐体部の開口部にガスフィルタ部が配置されていることが好ましい。
【００８１】
（３．本実施形態における効果）
本実施形態では、ガスセンサの筐体部の開口部を覆う通気性のガスフィルタ部の上面側および下面側をヒータで加熱している。このようにすることにより、フィルタリングすべきガスであるシロキサンガスを確実にガスフィルタ部に吸着結合させ、かつ外部の温度変化の影響をガスセンサ素子に及ぼさないことが可能となる。その結果、ガスセンサ素子の被毒によるセンサ特性劣化が抑制され、しかも温度変化によるノイズの影響も低減できる。
【００８２】
また、シロキサンガスは、触媒の存在に関係なく、加熱温度により吸着結合量が変化する。したがって、ガスフィルタ部に触媒材料を含有させる必要はなく、ガスフィルタ部の加熱温度を、たとえば１５０℃〜２５０℃の範囲内に制御することにより、シロキサンガスを十分に吸着結合させて除去できるので、ガスセンサ素子の特性劣化を抑制できる。本実施形態では、ガスセンサ素子として、一酸化炭素等の可燃性ガスを検知する接触燃焼式ガスセンサ素子を採用している。したがって、ガスセンサ素子は比較的高温（たとえば、３００℃）に加熱されるので、ガスフィルタ部をその温度よりも低い温度に加熱することにより、シロキサンガスを十分に除去しつつ、低消費電力を実現することができる。
【００８３】
また、筐体部の外側と内側とを連通させる貫通孔を有するヒータを用いて、当該貫通孔にガスフィルタ材料を充填することにより、低消費電力でガスフィルタ材料を均一に加熱することができるので、上記の効果をより効率的に実現することができる。しかも、ガスフィルタ部を薄くできるので、ガスセンサの小型化にも寄与できる。
【００８４】
また、上述したガスセンサを、ガス検知機能を有する装置に搭載する場合、当該装置の外部から導入される検知対象ガスおよびシロキサンガスを含む気体が、ガスセンサ素子に達するまでに、上述したガスフィルタ部の少なくとも１つを通過するように構成されていれば、ガスセンサの開口部にガスフィルタ部が配置されていなくてもよい。
【００８５】
（４．変形例）
上述の実施形態では、接触燃焼式のガスセンサ素子について説明したが、触媒部が形成されるガスセンサ素子であれば、接触燃焼式以外のガスセンサ素子であってもよい。たとえば、半導体式のガスセンサ素子であってもよい。
【００８６】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様で改変しても良い。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例及び比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００８８】
（実験例１）
ガスセンサ素子として、多孔質のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に触媒材料としての白金（Ｐｔ）を担持させた触媒部を基板としてのサファイア上に形成した模擬素子を用い、筐体部として内部を絶縁加工したステンレス製の円筒を用い、ガスフィルタ材料としてゼオライト粉末を用い、加熱手段としてＰｔヒータを用い、脱落防止用部材としてガラスフィルタを用いて、図１に示す構成を有する模擬ガスセンサを作製した。【００８９】
作製した模擬ガスセンサを、ポリジメチルシロキサン入りの容器が収容されている耐熱性ペトリ皿内に載置して蓋をした。２００℃に維持された恒温槽にペトリ皿を載置し、Ｐｔヒータに接続された外部電源より所定の電圧を印加して、ガスフィルタ材料が２５０℃となるように加熱し、３時間保持した。すなわち、シロキサンガスが存在する環境下に、模擬ガスセンサを３時間曝した。【００９０】
その後、自然放冷により室温まで冷却した後、模擬ガスセンサをペトリ皿から取り出し、模擬素子の触媒部と基板部分とについて、ＸＰＳによる定性分析を行い、Ｓｉ強度を測定した。結果を表１に示す。【００９１】
また、上記の構成を有する模擬ガスセンサを用いて、Ｐｔヒータによる加熱を行わなかった模擬素子についても、Ｓｉ強度を測定した。すなわち、ガスフィルタ部が２００℃に加熱された試料である。結果を表１に示す。【００９２】
さらに、ガスフィルタ材料を用いなかった以外は、上記と同じ構成の模擬ガスセンサを用いて、Ｐｔヒータによる加熱を行った試料と行わなかった試料とについて、同様に、Ｓｉ強度を測定した。結果を表１に示す。【００９３】
【表１】
2019188692.tif 000003
【００９４】
表１より、ガスフィルタ材料としてゼオライト粉末を用い、かつ２５０℃に加熱した場合には、模擬素子にはＳｉは検出されなかったことが確認できた。このことは、ペトリ皿内に充満しているシロキサンガスがガスフィルタ部に進入したものの、進入したほぼ全てのシロキサンガスがガスフィルタ部に吸着結合されたことを意味する。【００９５】
また、加熱温度が２００℃の場合には、若干Ｓｉが検出された。すなわち、一部のシロキサンガスが、模擬素子まで到達したことが確認できた。しかしながら、ガスフィルタ材料としてゼオライト粉末を用いなかった試料と比較すると、Ｓｉの検出強度が小さいことが確認できた。以上より、ガスフィルタ材料として、触媒材料を有さない材料を用い、かつガスフィルタ材料を加熱することにより、シロキサンガスを除去できることが確認できた。【００９６】
（実験例２）
ガスセンサ素子として、図２に示す構成を有する接触燃焼式ガスセンサ素子を用い、筐体部として内部を絶縁加工したステンレス製の円筒を用い、加熱手段としてハニカムヒータを用い、ガスフィルタ材料としてゼオライト粉末を用いて、ハニカムヒータの貫通孔に充填し、脱落防止用部材としてガラスフィルタを用いて、図４に示す構成を有するガスセンサを作製した。【００９７】
作製したガスセンサをデシケータ内に載置し、ガスセンサ素子のヒータ温度を３００℃に設定し、ガスフィルタ材料を加熱するハニカムヒータの温度を２５０℃に設定した試料と、ガスセンサ素子のヒータのみを駆動させ３００℃とした試料と、を大気中で２４時間放置した。次に、デシケータ内部を濃度５００ｐｐｍのオクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）ガスで満たした。【００９８】
デシケータ内にガスセンサを載置してから一定時間経過するごとにガスセンサをデシケータから取り出し、ＣＯガスに対する感度を測定した。デシケータ内にガスセンサを載置してからの時間と、初期のＣＯ感度を１としたときのガスセンサ感度の経時変化と、の関係を図１４に示す。【００９９】
図１４より、ガスフィルタ材料として、ゼオライト粉末を用いた場合であっても、ガスフィルタ部を加熱しないと、シロキサンガスがガスフィルタ材料に吸着結合されずにガスセンサ素子まで到達し、センサ素子の特性劣化を引き起こしたことが確認できた。【０１００】
一方、ガスフィルタ部を２５０℃に加熱した試料は、シロキサンガスがガスフィルタ部に吸着結合されたため、ガスセンサ素子には到達できず、センサ素子の特性劣化が防止できたことが確認できた。
【符号の説明】
【０１０１】
１…  ガスセンサ
１０…  ガスセンサ素子
２０…  筐体部
２０ａ…  開口部
３０…  ガスフィルタ部
３１…  ガスフィルタ材料
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…  加熱手段（ヒータ）
３３…  脱落防止用部材
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…  加熱手段（ヒータ）
３３…  脱落防止用部材
１００…  ガス警報装置
１０１…  筐体部
１０２…  開口部
１１０…  検知部
１２０…  筐体部
１２１…  開口部
２００…  ガス遮断装置
３００…  スマートデバイス
３０１…  筐体部
３０２…  開口部
３１０…  検知部
３２０…  筐体部
３２１…  開口部
【図１】
2019188692.tif 000004
【図２】
2019188692.tif 000005
【図３】
2019188692.tif 000006
【図４】
2019188692.tif 000007
【図５】
2019188692.tif 000008
【図６】
2019188692.tif 000009
【図７】
2019188692.tif 000010
【図８】
2019188692.tif 000011
【図９】
2019188692.tif 000012
【図１０】
2019188692.tif 000013
【図１１】
2019188692.tif 000014
【図１２】
2019188692.tif 000015
【図１３】
2019188692.tif 000016
【図１４】
2019188692.tif 000017
【国際調査報告】
2019188692.tif 000018
2019188692.tif 000019
2019188692.tif 000020
2019188692.tif 000021