JP2003107040A

JP2003107040A - 複合センサ

Info

Publication number: JP2003107040A
Application number: JP2001301727A
Authority: JP
Inventors: Masao Maki; 正雄牧; Katsuhiko Uno; 克彦宇野; Takashi Niwa; 孝丹羽; Kunihiro Tsuruta; 邦弘鶴田; Takahiro Umeda; 孝裕梅田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】１チップ上に集約化したマイクロ加工プロセ
ス適用可能な複合センサを提供する。【解決手段】平板状基材上に積層して発熱体２と絶縁
膜３と固体電解質膜４および当該固体電解質膜上に一対
の電極と片方の電極上に形成した多孔性酸化触媒膜６を
備えてなる第一の素子とリード接合端子を介して基板上
に浮遊してなる白金系金属薄膜８を備えた第二の素子と
から構成される複合センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の主たる対象は、一般
家庭のセキュリティとくに安全警報用センサに関するも
ので、主として台所の天井部や天井部近くの壁面などに
設置して用いる安全警報器で、特に温度検知型の火災報
知と一酸化炭素を信頼性高く検出できる安価な複合セン
サを提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】家庭において、快適で安全安心な暮らし
を実現する上で求められている警報器としては、火災警
報器および不完全燃焼警報器およびガス漏れ警報器があ
る。

【０００３】このうちガス漏れ警報器については、すで
に燃料ガスの需要の増加と住宅の気密化が進むとともに
ガス漏れ爆発事故が増加したことから、ガス漏れ事故を
防止するために開発され、既に広く普及してきている。
都市ガスの場合、一酸化炭素と都市ガスの警報器の設置
場所が台所の天井または、壁面の天井下３０cm付近と一
致するため従来型のガス漏れ警報器に一酸化炭素センサ
および火災報知の目的の温度センサを組み合わせて１つ
のケースに収納した複合警報器が普及してきている。

【０００４】しかし、ＬＰガスについては、既に設置さ
れているガス漏れ警報器がその比重などの性状から床面
近くの壁面設置のため、一酸化炭素警報器については、
別途天井面もしくは、天井面近くの壁面設置が必要なた
め、現状では、ほとんど普及が進んでいない。

【０００５】本発明は、台所に設置して、火災報知と一
酸化炭素報知を行うための複合センサを提案するもので
ある。また、設置場所の観点から、設置自由度の高い電
池駆動型が望まれるので、これに対応した構成を意図し
ているが、当然ながら、ＡＣ電源にも問題なく適用でき
る。

【０００６】従来技術においては、温度検知型の火災報
知センサと一酸化炭素などのガスセンサを複合化して１
チップ化したセンサは提案されていない。

【０００７】個別のセンサとしてガスセンサについて、
従来から提案されているガスセンサとくに一酸化炭素を
検知する化学センサとしては、電解液に一酸化炭素を吸
収して酸化する電極を設けて、一酸化炭素濃度に比例す
る電流値から一酸化炭素濃度を検知する方式（定電位電
解式ガスセンサ）、貴金属などの微量の金属元素を添加
して増感したＮ型半導体酸化物例えば酸化スズなどの焼
結体タイプを用いて、これらの半導体が可燃性ガスと接
触した際に電気電導度が変化する特性を利用してガスを
検知する方式（半導体式ガスセンサ）、２０μm程度の
白金の細線にアルミナを添着し貴金属を担持したものと
担持しないものとの一対の比較素子を用いて一定温度に
加熱し、可燃性ガスがこの素子に接触して触媒酸化反応
を行った際の発熱差を検出する方式（接触燃焼式ガスセ
ンサ）などが知られている。例えば［文献１］大森豊明
監修：「センサ実用事典」：フジ・テクノシステム［第
１４章ガスセンサの基礎（春田正毅担当）、Ｐ１１２−
１３０（１９８６）に詳しい記述がある。

【０００８】また、ジルコニア電気化学セルを構成し、
電極の一方側に白金／アルミナの触媒層を形成して一酸
化炭素を検出する起電力型の固体電解質式一酸化炭素セ
ンサも提案されている［例えば、H.OKAMOTO、H.OBAYASI
AND T.KUDO, Solid State Ionics、１、３１９（１９８
０）参照］。

【０００９】この固体電解質式一酸化炭素センサの原理
は、触媒層側と裸側の電極上で一種の酸素濃淡電池がで
きることによるもので、触媒層側の電極では、酸素がそ
のまま到達し、一酸化炭素が到達しない状態にあるのに
対して、裸側の電極では、酸素も一酸化炭素も到達し、
この一酸化炭素が酸素を還元し、両者の電極の間に酸素
濃淡電池が形成され、起電力出力が現れることを利用す
るものである。

【００１０】また熱感知型の火災報知センサとしては、
バイメタルなど温度上昇による熱膨張差を検出するもの
やサーミスタによる温度検知を行うものや赤外線などの
光検知型などがある。

【００１１】都市ガス用複合警報器として、提案されて
いるものは、個別のセンサを同じ警報器のケース内に収
納したもので、本発明が目指すセンサ素子自体で１基板
上に火災報知センサと一酸化炭素報知の不完全燃焼セン
サを複合化したものは、提案されていない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】将来に向けて、家庭で
一部屋一台とはいかなくても、少なくとも２台の設置が
求められる安全センサとして、高普及化が図られるため
には、センサの信頼性が高く、安価であることが求めら
れる。しかし従来の不完全燃焼検知に用いられる化学セ
ンサは、いずれも以下の欠点を有している。すなわち定
電位電解ガスセンサ、半導体型ガスセンサ、接触燃焼式
ガスセンサとも構成的に均質品質の大量生産プロセスに
乗りにくく、歩留まりが悪かったりしてどうしても高価
になる課題がある。またいずれのセンサにおいても動作
のために加熱が必要でそのための駆動エネルギーを必要
としている。例えば、半導体式では、基本的に高温側動
作と低温側動作になる測定温度の動作を繰り返すが、測
定温度での動作は、対象ガスの種類により異なるが、高
温側動作は、測定するガスの種類に関係なく、少なくと
も４５０℃程度の加熱が必要になる。これは、省電力が
必要な電池駆動を意図する際には、大きなエネルギー消
費となる。

【００１３】省電力化を図るために、センサを薄膜化、
小型化して低消費電力を図る場合、電力消費は、センサ
を備えた周辺の空気を加熱するために消費する電力が大
きくて、なかなか低消費電力化が図れない。

【００１４】また火災報知に関しては、誤報の懸念が少
なく、信頼性が高いことが求められる。とくに、台所で
は、水蒸気や油煙など煙の発生が多いため誤報を防ぐた
め、比較的初期の火災検知に合致した煙検知型の火災報
知器は、用いることが出来ず、熱検知型が採用されてい
るが、熱検知型で火災報知されるタイミングは、煙や不
完全燃焼ガスなどが初期に既に発生した後になるので、
火災を検知しても人命救済の観点からは、手遅れになっ
てしまうリスクもはらんでいた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜と固体
電解質膜および当該固体電解質膜上に一対の電極と片方
の電極上に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてなる第一
の素子とリード接合端子を介して基板上に浮遊してなる
白金系金属薄膜を備えた第二の素子とから構成する。

【００１６】火災時には、紙、繊維、木材、建材などの
初期燃焼によって一酸化炭素が大量に発生する。火災時
に不幸にして死亡事故が発生するのは、この一酸化炭素
によるケースが極めて多いことが知られている。一酸化
炭素と火災による温度上昇を同時に検知して火災報知を
行えば、火災報知の信頼性が高まる。本構成は、この熱
検知型の火災報知センサ部と一酸化炭素検知用ガスセン
サ部とを１基板上に備えているので高信頼性の火災報知
ができる。

【００１７】本発明のガスセンサ部は、安価に製造でき
て低消費電力化も実現する目的で、小型化を図った構成
を持つ。また省電力化のためには、センサ駆動に必要な
駆動温度への加熱はミリ秒のオーダーにて発熱体へ通電
加熱するパルス駆動の手段を用いる。

【００１８】以下で本複合センサについて、ガス検知の
動作について説明する。発熱体への通電により固体電解
質素子は、その動作に必要な温度まで加熱される。発熱
体の表面には絶縁膜が形成されているため、固体電解質
中に電子が流入し、固体電解質と反応したりする懸念や
固体電解質のセンサ出力に発熱体の電界影響が現れたり
することはない。発熱体の通電加熱により、固体電解質
およびその表面上に形成された一対の電極は、および一
対の電極の片方側に形成された多孔性酸化触媒は、稼働
状態になる。一対の電極は、同じ材料を同じプロセス条
件のもと、同じパターンに形成しているので、当然なが
ら酸素および一酸化炭素の吸着能力および一酸化炭素の
触媒酸化能力などが近似している。ここで形成している
多孔性酸化触媒の機能は、基準酸素電極を形成するため
で、酸素ガスは自由に透過させ電極に到達させるが、一
酸化炭素は、完全酸化して電極面へは到達させない特性
を備える。この状況において、一酸化炭素などの被検出
ガスを含まない空気の環境下に置かれている場合は、電
極と固体電解質界面に到達する酸素濃度は、ほぼ均等な
ため酸素濃度差に基づく起電力は発生しない。すなわち
ゼロ点になる。

【００１９】一方、一酸化炭素などの被検出ガスを含む
空気の環境下では、多孔性酸化触媒で被覆した側の電極
では一酸化炭素が電極にはほとんど到達せずに高酸素濃
度になるのに対して、同触媒のない側の電極では、一酸
化炭素が到達するためこの一酸化炭素による酸素の還元
で低酸素濃度状態となり、両電極間には、一酸化炭素濃
度に関係した電極間酸素濃度差に基づく出力が現れる。

【００２０】従って、この出力値より一酸化炭素などの
被検出ガス濃度が分かり、一酸化炭素などが、所定濃度
を越えた場合の警報動作などが可能になる。一酸化炭素
検出のためのセンサ動作は基本的にパルス駆動型の間欠
動作を前提にしている。発熱体への通電を止めた直後
に、センサ系の熱時定数によるが、ミリ秒オーダーの極
めて短時間に複合センサの温度は、限りなく初期の平衡
室温に近い温度に戻る。このため同一基板上に配置して
いるにも拘わらず、白金系金属薄膜を配置している部分
への発熱体の影響はない。火災報知センサ部の動作は、
基本的に固体電解質素子の動作が止まっている休止動作
中を利用して行う。

【００２１】他方火災報知については、基板上から浮遊
した状態にて、白金系金属薄膜が配置されているので、
この白金系金属の抵抗温度係数を用いて空気温度を検知
することができる。また火災報知センサ部については、
基板上から浮遊しているため熱容量が小さく、高感度に
温度検知ができる。

【００２２】本複合化センサは、基板上に薄膜をパター
ン化して積層する構成よりなるので、半導体の製造プロ
セス技術であるフォトリソなどの加工技術が本センサの
製造に適用可能であるため、均質性能の素子を安価に大
量生産できる構成となっている。

【００２３】とくに複合化していることで、一酸化炭素
濃度検知と温度検知の同時検知が可能であり、火災発生
の初期過程では、煙と同時に紙や繊維や木材、建材など
の可燃物の酸化生成物として一酸化炭素が発生するの
で、本複合センサを用いることで高精度の警報が可能に
なる。

【００２４】本発明の複合センサを電池駆動させる方法
としては、発熱体を連続通電ではなく、ミリ秒オーダー
で通電することで、採取データは、間欠データとなる
が、省電力となる。またこのパルス駆動動作を周期的に
繰り返すことで省電力であって、信頼性の高い電池駆動
式不完全燃焼警報器が実現する。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる複合セ
ンサは、平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜と固体
電解質膜および当該固体電解質膜上に一対の電極と片方
の電極上に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてなる第一
の素子とリード接合端子を介して基板上に浮遊してなる
白金系金属薄膜を備えた第二の素子とから構成する。

【００２６】発熱体への通電加熱により、固体電解質が
活性状態になり、一酸化炭素が発生した場合と発生して
いない場合での一対の電極間の酸素濃度差に基づく化学
ポテンシャルの差により生じる差起電力出力値により、
一酸化炭素の検知ができる。また火災報知に関しては、
固体電解質の休止動作中を利用して、白金系金属薄膜の
抵抗温度係数に基づく雰囲気温度のセンシングにより検
知される。また特に火災については、熱検知センサ情報
と一酸化炭素センサ情報を組み合わせることで誤報が少
なく信頼性の高い火災報知が可能になる。

【００２７】また平板状基材への薄膜積層構造を採用し
ているので半導体製造に用いられるマイクロ加工プロセ
スの適用が可能で、品質の安定したセンサを安価に大量
に生産することができる。

【００２８】本発明の請求項２にかかる複合センサは、
平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜と固体電解質膜
および当該固体電解質膜上に一対の電極と片方の電極上
に形成、した多孔性酸化触媒膜を備えてなる第一の素子
とリード接合端子を介して基板上に浮遊してなる白金系
金属薄膜と基板上に備えた熱反射膜とを備えて成る第二
の素子とから構成する。

【００２９】本構成は、請求項１にかかる構成に関し
て、浮遊して形成した白金系金属薄膜の基材面上に、新
たに反射膜を形成したものである。反射膜は、熱線を反
射する性質を備えるので、白金系金属薄膜の検出感度を
著しく向上させる効果を備える。

【００３０】この場合にも、平板状基材への薄膜積層構
造を採用しているので半導体製造に用いられるマイクロ
加工プロセスの適用が可能で、品質の安定したセンサを
安価に大量に生産することができる点は請求項１と同様
である。

【００３１】本発明の請求項３にかかる複合センサは、
平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜と固体電解質膜
および当該固体電解質膜上に一対の電極と片方の電極上
に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてなる第一の素子と
エッチング溝を介して基板上に浮遊してなる白金系金属
薄膜を備えた第二の素子とから構成する。

【００３２】この構成においても、一酸化炭素検出の目
的に用いる固体電解質素子側は、先の構成と同じである
ため省略する。また白金系金属薄膜も基板上からはエッ
チング溝を介して、浮遊した状態になっているため、火
災時に生じるセンサ近傍の急激な空気温度変化を高感度
に検出できる。

【００３３】この場合にも、平板状基材への薄膜積層構
造を採用しているので半導体製造に用いられるマイクロ
加工プロセスの適用が可能で、品質の安定したセンサを
安価に大量に生産することができる点は請求項１と同様
である。

【００３４】本発明の請求項４にかかる複合センサは、
平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜と固体電解質膜
および当該固体電解質膜上に一対の電極と片方の電極上
に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてなる第一の素子と
エッチング溝を介して基板上に浮遊してなる白金系金属
薄膜とエッチング溝に備えた熱反射膜を備えた第二の素
子とから構成される。本構成は、前記の請求項２の構成
と請求項３の構成を組み合わせたものである。本構成に
おいても、一酸化炭素検出の目的に用いる固体電解質素
子側は、先の構成と同じであるため省略する。また白金
系金属薄膜も基板上からはエッチング溝を介して、浮遊
した状態になっておりかつ基材上には、熱線反射膜が備
えられているため、火災時に生じるセンサ近傍の急激な
空気温度変化を極めて高感度に検出できる。

【００３５】この場合にも、平板状基材への薄膜積層構
造を採用しているので半導体製造に用いられるマイクロ
加工プロセスの適用が可能で、品質の安定したセンサを
安価に大量に生産することができる点は先の請求項の場
合と同様である。

【００３６】本発明の請求項５にかかる複合センサは、
裏面にエッチング溝を備えた平板状基板上に積層して発
熱体と絶縁膜と固体電解質膜および当該固体電解質膜上
に一対の電極と片方の電極上に形成した多孔性酸化触媒
膜を備えてなる第一の素子と白金系金属薄膜よりなる第
二の素子とを備えて構成する。

【００３７】本構成において、センサの熱応答性を良好
にするため平板状基板の素子形成していない裏面側にエ
ッチング溝を形成している点が特長である。エッチング
溝の形成により、素子部の見かけの熱容量は小さくなる
ため、熱応答性が、良好になる。

【００３８】本構成においても、一酸化炭素センサとし
ての固体電解質式センサ部および白金系の抵抗測温体と
しての火災報知センサ部の動作は、先の請求項の場合と
同様である。

【００３９】またこの場合にも、平板状基材への薄膜積
層構造を採用しているので半導体製造に用いられるマイ
クロ加工プロセスの適用が可能で、品質の安定したセン
サを安価に大量に生産することができる点は、先の請求
項の場合と同様である。

【００４０】本発明の請求項６にかかる複合センサは、
平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜と固体電解質膜
および当該固体電解質膜上に一対の電極と片方の電極上
に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてなる第一の素子と
リード接合端子を介して基板上に浮遊してなる白金系金
属薄膜を備えた第二の素子と基板上に形成した白金系金
属薄膜より成る第三の素子を備えて構成する。

【００４１】本構成は、請求項１の構成に加えて、基材
上に新たに白金系金属薄膜より成る温度検知素子を追加
したものである。本構成において、一酸化炭素の発生を
検知する不完全燃焼検知のための固体電解質素子の構成
および動作は、先の請求項の複合センサと同じである。

【００４２】白金系金属薄膜は、基板上に浮遊した第二
の素子と基板上に密着した第三の素子と２つある。第二
の素子と第三の素子で熱容量の差があるため応答の変化
が異なる。熱容量の比較的大きな基板に密着した第三の
素子では、熱平衡で時間まで室温の変化に追随する。基
板から浮遊した素子は、微妙な温度変化に敏感に変化す
る。したがって両者の差分をとることで、火災に伴う熱
変化がよりクローズアップされて検出できることにな
る。

【００４３】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を用いて説
明する。

【００４４】（実施例１）図１は本発明の実施例１の複
合センサを示す断面概念図を示すものである。

【００４５】図１において、平板状基材１に積層して、
発熱体２と絶縁膜３と固体電解質膜４が形成され、さら
に当固体電解質膜４上に一対の電極５が形成され、その
電極の片方に多孔性酸触媒６が形成されてなる第一の素
子とリード接合端子部７により、平板状基板１上に浮遊
した状態で、白金系金属薄膜よりなる第二の素子が形成
されている。

【００４６】平板状基材１は、石英、結晶化ガラス、グ
レーズトセラミックなどの基材下部への熱伝達が少な
く、熱衝撃に優れた基材を用いるのが望ましい。

【００４７】発熱体２は、白金やその合金などを所定抵
抗値になるよう基板上にジグザグなどの必要な形態のパ
ターンを形成して用いる。ここで用いる合金系として
は、純白金以外の各種白金系合金、例えば、ロジウム白
金合金や、ジルコニア微粒子含有の白金合金などを用い
ることができる。白金系発熱体金属と平板状基材１との
密着を良好にするためクロムやチタンの薄膜を基材と発
熱体金属との間に形成しても良い。

【００４８】本発明で適用する各機能皮膜の製膜法は、
スピナーやスクリーン印刷による湿式法や電子ビーム蒸
着やスパッタリングなどのドライプロセスのいずれも適
用可能である。また、それぞれの機能皮膜について共通
するが所定のパターンへのパターン化はメタルマスクを
用いて皮膜形成する方法、パターン化したメタルによる
リフトオフ加工やフォトリソグラフによるエッチング加
工法などいずれも適用が可能である。

【００４９】絶縁膜３は、シリカ、アルミナ、窒化珪
素、ポリシリコンなどの薄膜を用いる。熱膨張を考慮し
て、適切に組み合わせても良い。膜厚は、合わせて０．
５μmから数μmの範囲で用いる。膜厚が更に厚くなると
熱膨張差で絶縁膜にクラックが入る危険が増加する。

【００５０】固体電解質膜４は、イットリアやスカンジ
アの安定化ジルコニアなどの酸素イオン導電体や酸化ビ
スマス−酸化モリブデン、酸化セリウム−酸化サマリウ
ムなどの複合酸化物酸素イオン導電体やフッ化物イオン
導電体や各種水素イオン導電体などのいずれも適用が可
能である。導電体の種類によっては、低温動作が可能な
面もあるが、水蒸気に対する安定性などの観点から酸素
イオン導電体が望ましい。

【００５１】固体電解質膜４は、膜厚が１μmから数μm
の範囲で用いるのが望ましい。

【００５２】固体電解質４の表面上に形成する一対の電
極５について酸素イオンの吸着および固体電解質膜４へ
の酸素の移動性の面から銀、白金、パラジウム、ルテニ
ウムや金属酸化物、とくにペロブスカイト型複合酸化物
などが適用可能であるが、酸素の固体電解質への取り込
みの特性および耐熱性などの観点から白金、ペロブスカ
イト型酸化物から選択して用いるのが望ましい。

【００５３】ペロブスカイト型複合酸化物は、Ａサイト
にランタンを主成分にして、セリウム、ストロンチウム
などの一部置換のもので、Ｂサイトに鉄、マンガン、
銅、ニッケル、クロム、コバルトの群から選定した一種
の金属を主体に他の金属元素で一部置換したものまた
は、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属で一部置
換したものが望ましい。これらの組み合わせにより、ペ
ロブスカイト型酸化物は、その格子酸素の欠陥が極めて
多く、アクティブな状態になり、固体電界質への酸素の
取り込みが加速される。すなわち動作の低温化や応答性
の向上が見込める。

【００５４】多孔性酸化触媒６は、多孔性酸化触媒を形
成した側の電極を基準電極として機能させる目的で用い
る。すなわち、一酸化炭素など還元ガスの発生の如何に
関わらず一定の酸素濃度を維持する高酸素濃度電極とし
て、作用させる目的で用いている。多孔性酸化触媒６
は、一酸化炭素の完全酸化能力を備え、酸素は、電極に
十分到達するが、還元ガスは、電極に到達しない機能を
持つ。

【００５５】多孔性酸化触媒６は、基本となる触媒およ
びこの触媒を必要に応じて多孔化するための担体または
多孔質分散体や製膜するための結合材などの構成要素か
ら成る。多孔性酸化触媒６として重要な特性は、ガスの
酸化活性および酸素の拡散特性である。これらは触媒の
種類、膜厚、多孔度などを変えることで異なる特性を備
える。触媒としては、白金、パラジウム、ロジウムなど
の貴金属系と鉄、マンガン、銅、ニッケル、コバルトな
どの遷移金属酸化物または複合酸化物系などを用いる。
担体は、アルミナなどの多孔質セラミック、結合材に
は、ガラスや金属リン酸塩などの無機接着剤を用い、こ
れらを適切な分散媒体をものとでペースト化し、塗布焼
成して形成する。

【００５６】ガスセンサ素子部について、図１では、省
略しているが、発熱体２に電力を供給するための発熱体
のリード線接合端子部とリード線などが必要である。ま
た同様に第一の電極５と第二の電極６との間の化学ポテ
ンシャル差に基づく、信号出力を取り出すためのリード
線接合端子部とリード線なども必要である。発熱体に白
金系金属を用いるので、リード線およびリード線接合端
子部は白金系金属を用いるのが望ましい。リード線と端
子の接合は、溶接やロー付け、ペースト固定化など従来
公知のいずれの方法を用いても良い。

【００５７】このようにして作製したガスセンサ素子部
の動作について説明する。発熱体２へのパルス通電とと
もに、固体電解質素子は、その動作に必要な温度まで加
熱される。発熱体２の表面には絶縁膜３が形成されてい
るため、固体電解質膜４中に電子が流入し、固体電解質
膜４と反応したりする懸念や固体電解質膜４のセンサ出
力に発熱体２の電界影響が現れたりすることはない。発
熱体２のパルス通電加熱により、固体電解質膜４および
その表面上に形成された一対の電極５およびその片方の
電極上に形成した多孔性酸化触媒６は、稼働状態にな
る。

【００５８】この状況において、一酸化炭素などの被検
出ガスを含まない空気の環境下に置かれている場合は、
起電力出力は発生しない。一方、一酸化炭素などの被検
出ガスを含む空気の環境下では、一酸化炭素濃度に関係
した電極間酸素濃度差に基づく出力差が発生する。この
出力差から一酸化炭素濃度警報を出す。一酸化炭素濃度
情報に関係するデータの採取は、パルス的に繰り返され
るＯＮ−ＯＦＦ動作のＯＮ時の適切なタイミングで間欠
的なデータとして採取する。

【００５９】一方、第二の素子については、各種フォト
リソ技術を適用して作製できるが、例えば、予め所定の
パターンにてフォトリソ技術と電子ビーム蒸着やスパッ
タリングなどの製膜技術を組み合わせて、アルミニウム
などの抜きパターンを形成した状態で、その上からマス
ク下でリード接合端子７をおよび白金系金属薄膜８を製
膜した後、抜きパターンをエッチングする方法で除去し
て作製する。白金系金属薄膜８は、第一の素子の発熱体
２と同じ白金系合金を用いる。またリード接合端子７に
リード線を接合して取り出した後に、白金としての触媒
効果を抑制するためのシリカ薄膜などによる表面不活化
処理を施して用いるのが望ましい。数十から１０００Å
の範囲の膜厚が望ましい。

【００６０】リード接合端子７の膜厚は、１μmから１
０μm程度で、また白金系金属薄膜８の膜厚は、０．５
μmから２μmの範囲が望ましい。

【００６１】第二の素子のデータ採取は、基本的にパル
ス駆動している第一の素子がＯＦＦの状態で冷却され限
りなく室温との平衡温度に近いタイミングでデータを採
取する。複合センサが小型薄膜で構成されており、また
ミリ秒オーダーのパルス加熱動作のためセンサの熱時定
数は小さく、１秒以内でこのような室温との平衡に近い
状態になる。

【００６２】このようにして形成した白金系金属薄膜８
は、温度が上昇すると抵抗が増加する疑似直線的な正の
抵抗温度係数を有しているので、この抵抗温度特性を利
用して、火災時の熱による急激な温度変化を検知するこ
とができる。

【００６３】以上により、熱感知型の火災報知機能と一
酸化炭素報知機能を１チップ化した複合センサ素子が構
成され、信頼性高い火災報知と不完全燃焼報知が可能に
なる。本複合センサは、基本的にマイクロ加工技術によ
り製作されるので、性能的に均質なセンサを安価に量産
できる。

【００６４】（実施例２）図２は、本発明の実施例２の
複合センサの要部断面概念図を示すものである。図２記
載の本実施例は、実施例１を基本としており、主要部は
全くおなじであるが、第二の素子部の白金系金属薄膜８
の下部の基板上に新たに反射膜９を形成している。本実
施例において、第一の素子部は、先の実施例と同じであ
るため説明を省略する。第二の素子部は、各種フォトリ
ソ技術を適用して作製できるが、例えば、予め所定のパ
ターンにてフォトリソ技術と電子ビーム蒸着やスパッタ
リングなどの製膜技術を組み合わせて、アルミニウムな
どの抜きパターンを形成した状態で反射膜９およびリー
ド接合端子７を形成し、再度アルミニウムなどの抜きパ
ターンを形成して白金系金属薄膜８を形成するなどの手
順にて作製する。反射膜９には、銀、金やクロム、ニッ
ケルなどの金属膜や窒化チタンなどを用いる。反射膜の
材質にもよるが、必要に応じて、リード接合端子７との
間の絶縁およびエッチング時の保護の目的で、反射膜９
の表面にシリカ薄膜などを形成して用いても良い。

【００６５】このようにして形成した熱検知素子は、更
に高感度になる。対流熱伝達を主体にした低温での熱検
知に対しては、この種の反射膜は、余り効果がないが、
台所での天ぷら火災などの火炎を含む熱線に対しては、
極めて高感度に熱を検知できる。

【００６６】以上により、熱感知型の火災報知機能と一
酸化炭素報知機能を１チップ化した複合センサ素子が構
成され、信頼性高い火災報知と不完全燃焼報知が可能に
なる。本複合センサは、基本的にマイクロ加工技術によ
り製作されるので、性能的に均質なセンサを安価に量産
できる（実施例３）図３は、本発明の実施例３の複合センサの
要部断面概念図を示すものである。図３おいて、左側の
第一の不完全燃焼検知素子部は、実施例１，２と同じで
ある。

【００６７】右側の第二の素子部において、白金系金属
薄膜８の下部の基板部にエッチング溝が１０形成されて
いる。エッチング溝１０の形成方法は、フォトリソ技術
を用いて行う。白金系金属薄膜８を形成した後、レジス
トでパターンを形成し、所定のパターンに基板をエッチ
ングする。石英系基板のエッチングには、フッ化水素な
どを用いる。エッチング溝のパターンとしては、白金系
金属薄膜８がある程度の機械的強度をサポート出来るよ
う、基板の一部を残すことも出来る。

【００６８】本実施例の複合センサの動作は、先の実施
例と同様である。本実施例においても、熱感知型の火災
報知機能と一酸化炭素報知機能を１チップ化した複合セ
ンサ素子が構成され、信頼性高い火災報知と不完全燃焼
報知が可能になる。本複合センサは、先の実施例と同様
にマイクロ加工技術により製作されるので、性能的に均
質なセンサを安価に量産できる。

【００６９】（実施例４）図４は、本発明の実施例４の
複合センサの要部断面概念図を示すものである。本実施
例は、実施例３と実施例２とを組み合わせたものであ
る。図４は、基本的に実施例３に新たに反射膜９を付加
したものである。反射膜９は、実施例３のように複合セ
ンサを形成した後、銀、金やクロム、ニッケルなどの金
属膜や窒化チタンなどの反射膜９をエッチング溝部１０
に形成することで作製できる。このようにして形成した
熱線検知素子部は、良好な熱線検知感度を備える。本実
施例の複合センサの動作は、先の実施例と同様である。
本実施例においても、熱感知型の火災報知機能と一酸化
炭素報知機能を１チップ化した複合センサ素子が構成さ
れ、信頼性高い火災報知と不完全燃焼報知が可能にな
る。本複合センサは、先の実施例と同様にマイクロ加工
技術により製作されるので、性能的に均質なセンサを安
価に量産できる。

【００７０】（実施例５）図５は、本発明の実施例５の
複合センサの要部断面概念図を示すものである。

【００７１】図５において、基板上に第一、第二の素子
をそれぞれ積層して形成した状態で、裏面をフォトリソ
技術により、エッチングして裏面に適切なエッチング溝
１０を形成する。エッチング溝１０については、複合セ
ンサの機械的強度が損なわれることのないように第一、
第二の素子の形成されている面を破ってもまたこの際
に、梁状部分などを任意に残しても良い。本実施例の複
合センサの動作は、先の実施例と同様である。本実施例
においても、熱感知型の火災報知機能と一酸化炭素報知
機能を１チップ化した複合センサ素子が構成され、信頼
性高い火災報知と不完全燃焼報知が可能になる。本複合
センサは、先の実施例と同様にマイクロ加工技術により
製作されるので、性能的に均質なセンサを安価に量産で
きる。

【００７２】（実施例６）図６は、本発明の実施例６の
複合センサの要部断面概念図を示すものである。図６に
おいて、記号は、実施例１に関わる図１と同じである。
本実施例は、実施例１に新たに基板上に形成した白金系
金属薄膜８による第三の素子部を付加したものである。
当然ながら、中央部の第三の素子部に関わる白金系薄膜
基板８は、図６では、省略しているが同じ面上の第二の
素子が接続しているリード線接合端子とは別のリ−ド線
接合端子に繋がっていく。

【００７３】素子の動作に関係して図６の左側の不完全
燃焼検知のための固体電解質素子については、先の実施
例と同様のため省略する。

【００７４】図６に記載のように、白金系金属薄膜８
は、図６の右側の基板上に浮遊した第二の素子と図６の
中央部の基板上に密着した第三の素子と２つある。第二
の素子と第三の素子で第二の素子が浮いた状態で熱容量
が小さいのに対して、基板に密着した第三の素子は、熱
容量が大きくなる。このように両者に熱容量の差がある
ため応答の温度変化が異なる。熱容量の比較的大きな基
板に密着した第三の素子では、基板の緩衝性の影響によ
り気温の変化にゆっくりと追随した温度変化になる。こ
れに対して基板から浮遊した第二の素子は、高感度に微
妙な温度変化に対して敏感に変化する。したがって両者
の差分をとることで、火災に伴う熱変化がよりクローズ
アップされて検出できることになる。

【００７５】本実施例においても、熱感知型の火災報知
機能と一酸化炭素報知機能を１チップ化した複合センサ
素子が構成され、信頼性高い火災報知と不完全燃焼報知
が可能になる。本複合センサは、先の実施例と同様にマ
イクロ加工技術により製作されるので、性能的に均質な
センサを安価に量産できる。

【００７６】

【発明の効果】本発明の複合センサは以上説明したよう
な形態で実施され、次の効果が得られる。

【００７７】（１）基本的に平板状基板上への機能膜の
積層構造により構成されているので、半導体の製造プロ
セスで定着しているマイクロ加工技術の適用が可能で、
品質特性が安定したセンサを安価に量産できる。

【００７８】（２）台所での利用を主用途とした警報器
用センサで１基板上に火災報知と一酸化炭素の各センサ
機能を集約し、相互に補完した警報動が可能になるの
で、報知の信頼性が高く、安心して使える安全センサシ
ステムが構築できる。

【００７９】（３）複合センサとして、小型、省電力型
であり、電力消費量が少ない特長を備えている。

【００８０】以上のように、複合センサとして、従来か
らの家庭用安全センサの課題を大幅に解決した実用性の
高い複合センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における複合センサの断面概
念概念図

【図２】本発明の実施例２における複合センサの断面概
念概念図

【図３】本発明の実施例３における複合センサの断面概
念概念図

【図４】本発明の実施例４における複合センサの断面概
念概念図

【図５】本発明の実施例５における複合センサの断面概
念概念図

【図６】本発明の実施例６における複合センサの断面概
念概念図

【符号の説明】

１基材２発熱体３絶縁膜４固体電解質膜５一対の電極６多孔性酸化触媒７リード接合端子８白金系金属薄膜９反射膜１０エッチング溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丹羽孝大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鶴田邦弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者梅田孝裕大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BC03 BE12 BE22 BE27 BJ03 BL08 BL19 BM04 BM07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜
と固体電解質膜および当該固体電解質膜上に一対の電極
と片方の電極上に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてな
る第一の素子とリード接合端子を介して基板上に浮遊し
てなる白金系金属薄膜を備えた第二の素子とから成る複
合センサ。
【請求項２】平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜
と固体電解質膜および当該固体電解質膜上に一対の電極
と片方の電極上に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてな
る第一の素子とリード接合端子を介して基板上に浮遊し
てなる白金系金属薄膜と基板上に備えた熱反射膜とを備
えて成る第二の素子とからなる複合センサ。
【請求項３】平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜
と固体電解質膜および当該固体電解質膜上に一対の電極
と片方の電極上に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてな
る第一の素子とエッチング溝を介して基板上に浮遊して
なる白金系金属薄膜を備えた第二の素子とから成る複合
センサ。
【請求項４】平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜
と固体電解質膜および当該固体電解質膜上に一対の電極
と片方の電極上に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてな
る第一の素子とエッチング溝を介して基板上に浮遊して
なる白金系金属薄膜とエッチング溝に備えた熱反射膜を
備えた第二の素子とから成る複合センサ。
【請求項５】裏面にエッチング溝を備えた平板状基板
上に積層して発熱体と絶縁膜と固体電解質膜および当該
固体電解質膜上に一対の電極と片方の電極上に形成した
多孔性酸化触媒膜を備えてなる第一の素子と白金系金属
薄膜よりなる第二の素子とを備えた複合センサ。
【請求項６】平板状基材上に積層して発熱体と絶縁膜
と固体電解質膜および当該固体電解質膜上に一対の電極
と片方の電極上に形成した多孔性酸化触媒膜を備えてな
る第一の素子とリード接合端子を介して基板上に浮遊し
てなる白金系金属薄膜を備えた第二の素子と基板上に形
成した白金系金属薄膜より成る第三の素子を備えた複合
センサ。