JPS5892850A - 検知ガスの選択性を有するガス検知素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は検知ガスの選択性を有す３るガス検知素子に関
するものである。

金（・Ｊ１酸化物半導体の抵抗値が雰囲気気体により変
化することは広く知られ、特許第５６８９５７号等によ
り種々の用途が提案されている。一般にこの種金属酸化
物半導体を用いたガス検知素子は、各種ガ支に対して無
差別に感応するものであり九ため、これを警報器その池
のガス検出装置に組込んで実際に使用される場合、その
用途に応じて検出すべきガスの種類は当然ある程度限定
されるべきであるにもかかわらず、それ以外のガスにも
感応してしまって装置を誤動作させる虞れがあった。

すなわち、例えば一般家庭用のプロパンガスのガス洩れ
などを検出する装置に上記素子が用いられた場合、かか
る装置は、本来、家庭用プロパンガス燃料の成分である
プロパンやブタン等の系統のガスが雰囲気中に含まれた
時だけ動作すべきであるにもかかわらず、一般家庭に存
する酒類等から発生するアルコールや調理中に生ずる煙
などの検出を要しないガスにまで上記素子が感応し、こ
れに起因して装！が本来の目的と逮りた誤動作を起して
しまうことが往々にしてあった。

従来、この間順の対策として、−特開昭４９−１２９５
９６号公報に、吸着活性剤からなるフィルターまたはパ
ラジクム石綿等の燃焼式フイｔＬｔ９−を用いて、ガス
感知部に送られるガスを弁別する方法が提案され、かつ
、この方法に用いるフィルター付き素子が示されている
。この公報に示された素子は、第５図のように、台座２
２上に３本のビン２３で支持された金属酸化物半導体ガ
ス感知部２１と、該ガス感知部２１に接触しないように
一定間隔をおいてガス感知部２１の周囲全体を囲続する
パラジウム石綿２４と、モレキュラーシープ吸着剤２５
、金網２６、金属製キャップ２７を備えている。そして
、パラジウム石綿２４は、上記ガス感知部２１がと−ｌ
−で加熱されることにより該ガス感知部２１からの放射
熱で加熱されるようにしている。しかし、この構造によ
ると、フィルター（パラジウム石綿２４およびモレキュ
ラーシープ吸着剤２５）がガス感知部２１から離間し、
かつ、ガス感知部２１の周囲全体を囲続するため、フィ
ルターの成形、保持が難しく、ガス感−知部２１を支持
する台座２２とは別にフィルタき、かつ、素子全体が大
型化する。また、単にガス感珈部からの放射熱でフィル
ターが加熱されるだけでは、実際上、触媒の活性化に適
した温度までフィルターが加熱されず、ガス選択検出機
能が充分に発揮されないという欠点もあった。

本発明はこれらの事情に鑑み、ガス感知部としての金属
酸化物半導体とフィルターとによって特定種類のガスを
選択的に検出し得るようにすると共に、フィルターをガ
ス感知部と一括に円筒状容器内に収容することによシ構
造を簡単でコンパクトにし、製作を容易にしてコストを
低廉化することのできるガス検知素子を提供するもので
ある。

すなわち、本発明は、気密性を有する絶縁性素材にて形
成した少なくとも一端に開口部を有する筒状の容器の内
部に、還元性ガスに感応して抵抗値が変化する金属酸化
物半導体を充填し、該金属酸化物半導体に電極を装備す
ると共に、同容器内の開口部に、酸化触媒を用いたガス
選択透過性フィルターを充填したことを特徴とするもの
である。

本発明において用いられるガス選択透過性フィルターの
素材としては、ＮｉＯ，Ｃｏ２Ｏ３，ＣｏＯ，ＺｎＯ，
ＳｎＯ２＋Ｆｅ２Ｏ３，Ｖ２Ｏ５，Ａｇ２Ｏ，ＣｕＯ等
の各種金属酸化物触媒や１、これらの金属酸化物にＰｄ
、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、　Ｉｒ、Ｒｕ等の貴金属酸化触媒
の一員乃至複数員を添加したもの、あるいは、このよう
な貴金属酸化触媒をアスベストアルミナ、シリカ、水晶
等の基材に混入させたもの等、酸化触媒として働く任意
の素材を採用し出る。かかるフィルターは、その酸化触
媒としての能力に応じ、特定種類の可燃性ガスに３対し
ては大気中の０２でもって酸化して不活性ガスに変える
ことによりその可燃性ガスとしての透過を阻止し、酸化
されくぐいガスだけを選択的に透過させるものであシ、
この場合、フィルターを選択的に透過するガスの種類は
、フィルグー素材の種類やフィルターの加熱温度などの
条件によって定ま名フィルターの酸化能力に依存する。

このようなフィルターによるガスの選択的透過性を明ら
かにするため、先ず第１図に、酸化触媒を用いたフィル
ターの酸化能力と各種ガスに対する透過性との関係を示
すグラフを掲げておく。同グラフにおいて、縦軸はガス
透過率を、横軸はフィルターの酸化能力即ち酸化触媒と
しての、活性度を表わしておシ、同グラフ中の曲線Ａ−
Ｅはそれぞれ、ＡがＣＯガス、ＢがＨ２ガス、Ｃがエタ
ノール、Ｄがインブタン、Ｅがメタンに対するフィルタ
ーの酸化能力と透過率との関係を示す。同グラフに示す
如く、これらの各ガスの中では、ＣＯガスが最も容易に
酸化され、次いでＨ２ガス、エタノール、インブタン、
メタンという順で酸化反応性が低くなるので、フィルタ
ーの酸化能力に応じてこれに阻止されるガスとこれを透
過するガスの種類が定まる。りまシ、フィルターの酸化
能力が、例えば同グラフ中に符号ａで示した程度の低い
ものであれば、ＣＯガスは酸化されてＣ０２に変わるの
でＣＯガスとしての透過は殆んど阻止され、他のガスは
殆んどそのまま透過される。またこれよシも少し高い符
号すで示した程度のものであればＣＯガスと共にこの次
に酸化され易いＨ２ガスがＨ２Ｏに変わって透過が阻止
され、これら以外のガスが選択的に透過される。さらに
符号Ｃで示した程度ではアルコールをも酸化してインブ
タンとメタンを透過し、符号ｄで示した程度ではメタン
のみを選択的に透過することとなるわけである。

また、ガス感知部の素材としては、各種の金属酸化物半
導体を採用し得るが、特に５ｎ０２やＩｎ２０ａを用い
れば高感度なものが得られて好ましい。

このようなフィルターとガス感知部とを一括に円筒状容
器内に収容して形成したものが本発明の素子であり、以
下、本発明の実施例を図面に依拠して詳説する。− 第２図において、１はセラミック或いはガラス密度並び
に厚みを持たせ、両端を開口せしめて形成しである。該
容器１の内部中央部には、還元性ガスを吸着することに
よって抵抗値が変わる金属酸化物半導体を主材料とする
ガス感知部２を充填しである。該感知部２０両側端部に
は、Ａｕ、Ｐｔ。

Ｐｄ　　等の貴金属を用いた通気性を有する程度のポー
ラスな電舐３，３を装備している。この電極８゜３は、
例えば、きめの粗いアルミナやガラス等の成型物に水に
溶かしたＡｕ　、Ｐ　ｔ　、　Ｐｄ　　等の塩化物を含
浸せしめて焼付け、或いは、金ペースト等にアルミナ粉
やガラス粉を適当な１合で混入せしめて焼土げるなどの
方法で成形される。

そして、上記容器１内における両電極３．３の外側の部
分には、前述せる如き酸化触媒を用いたガス選択透過性
フィルター４．４を充填してあり、上記電極８．３に接
続したリード線８ａ　、８ａは、このフィルターの外部
に導出している。また、上記容器１の外周面部にはコイ
ル状のヒーター５を外嵌させ、このヒーター５によって
上記感知部２及びフィルター４．４を適当な温度に加熱
するようにしている。上記フィルター４．４の素材及び
上記ヒーター５による加熱温度は、後に詳述する如く、
検出したいガスの種類に応じて上記フィルター４，４が
適当な選択透過作用を持つように選定しておく。尚、図
例では上記ヒーター５を容器１の外周面全体に一定間隔
で巻きつけて上記フィルター４．４と感知部２とを均一
加熱するようにしてあυ、この場合でも後述する如くフ
ィルター４．４の素材を選定することによって適当な選
択透過性を持たせることができるわけであるが、感知部
２の加熱温度を変えずにフィルター４．４の温度条件を
変えたい場合には、上記容器１０両端側はどヒーターの
コイル間隔を密にし、或いは容器ｌの両端部分だけにヒ
ーターを装備しておけば感知部２に対して特にフィルタ
ー４，４の温度を高くすることができ、また逆に容器１
の中央細分にタケヒーターを装備せしめておけばフィル
ター４．４の温度を低くすることができる。

このように構成され光素子によれば、用途に応じて特定
種類のガスを選択的に検出し得る。すなわち、フィルタ
ー４．４により、その酸化能力によっては酸化されない
特定の１乃至数種のガスだけが透過されて、ガス感知部
２に感知される。この場合のフィルターの酸化能力は、
例えば同−設定温度でも貴金属の添加によシ高められて
その添加ｉとともに増大し、また、同一素材でも加熱温
度を高くする程高められる。従って、フィルター４．４
の素材や加熱温度を適宜選定して、例えば第１図のグラ
フに符号Ｃで示す程度の酸化能力をもたせておけば、イ
ソブタン、メタン類が選択的に検出されて、プロパンガ
スのガス洩れ検出装置に適する。また、第１図のグラフ
中に符号ｄで示す程度の酸化能力をもたせておけばメタ
ンガス専用のガス検出装置に適する等、各種用途に応じ
た選択的ガス検出機能が得られる。

本発明ではとくに、このようなガス選別機能を有する素
子の構造を簡単でコンパクトにし、製作を容易にしてコ
ストを低廉化することができるようにしている。すなわ
ち、ガス感−知部２およびフィルター４．４が一括に円
筒状容器ｌに充填、収容され、該容器１がガス感知部２
およびフィルター４．４の双方に対する支持体および保
護体となるので、構造が簡単でコンパクトになる。また
、気密性を有する円筒状の容器ｌによシガス流通方向が
規制されてその開口部にフィルター４．４を設けさえす
ればよく、かつ、ガス感知部２の外側に一体的にフィル
ター４．４を充填スれハヨいので、フィルター４．４の
装着、保形が簡単であシ、製作が容易になる。従って、
構造が簡単で部品点数が少なく、コストを低廉にするこ
とができる。

さらに、ヒーター５の加熱作用およびガス感知部２から
の熱伝導によりフィルター４．４の加熱が容易になシ、
効果的に触媒作□用を発揮させることができる。

第８図は本発明の素子の別の実施例を示す。この実施例
では、円筒状の容器１１の中軸部にセラミックやガラス
等の絶縁性素材にて形成した棒状の芯体１６が挿通され
、この芯体１６の局面に中央部分だけを残した状態でＡ
ｕ、ＰＣ，Ｐｄ　　等の貴金属を素材とする電極１８．
１８が被着され、この芯体１６と上記容器１１の周壁と
の間の空間の中央部に、上記両電極１８．１８に跨がっ
てガス感知部１２が充填され、且つ該感知部１２の両側
にフィルター１４．１４が充填されている。また１、上
記容器１１の外周面には嘆伏の１ヒーターＩ５が塗着さ
れている。これは前述せる如きコイル状のヒーターであ
ってもよいが、膜ヒーターを用いれば高抵抗のものが得
られるので、商用電源をトランスを用いずにそのまま使
用できる利点がある。このような素子は、例えば、先ず
上記芯体１６に電極１８．１８を印刷等によって被着し
、次に上記ガス感知部１２の素材をやはり印刷等の手段
で所定の厚みを持たせた状態で塗着して焼成し、さらに
その両側に予め所定の大きさに作りておいたリング状の
フィルター１４．１４を嵌着し、或いはこのフィルター
１４．１４も印刷等にて被着し、然る後にこれらを上記
容器１に圧入して最終的な焼上げを行なうというような
方法によって成形される。かかる構造によっても、基本
的な作用、効果は前記第１実施例のものと変わシはない
が、この構造による場合には、上記両電極１１．１８が
芯体１６に担詩された状態で素子の外部に導出している
ので、この部分を止め付は並びにリード用のビン１７．
１７等にて挾持させておくようにすれば回路への組込み
に便利となって実用的である。

第４図はさらに別の実施例を示し、これは第３図に示す
如き構造のものにおいて、芯体１，６′をパイプ伏憂こ
し、その中にコイルヒーター１５’を挿、入したもので
あシ、その他の構造や成形手段は、上記第３図に示す実
施例の場合とほぼ同様である。

なお、以上の各実施例では、容器ｌ、１１を両端が開口
した円筒状としているが、円筒状容器の一端のみ開口さ
せて他端を封鎖し、この容器の内部にガス感知部を充填
すると共に一端開口部にフィルターを充填した構造とす
ることも当然可能である。

また、本発明の素子を各種の電気作動物と組合わせてガ
ス検出装置を形成する場合、従来知られているガス検出
回路の構成を任意に採用し得るが、それ以外の回路構成
も種々考えられる。例えば、本発明の素子と従来の素子
の２個の素子にそれぞれ抵抗を接続すると共にその間に
電気作動物を配設してブリッジ回路を組むことにより、
画素子において共に検知されるガスに対する出力が相殺
されるようにしておけば、電気作動物を動作せしめるた
めの出力としては、逆に本発明の素子示感知しないガス
に対する出力だけが取出され、この場合には酸化吸収さ
れ易いＣＯガス等を選択的に検出することができる。或
いは、本発明の素子を２個用いて上述せる如きブリッジ
回路を組み、且つ、画素子におけるフィルターの酸化能
力を相違せしめて画素子のガス選択性の程度を異ならし
めておくことによシ、一方の素子には検知されて他方の
素子には検知されない特定ガスのみに対応する出力が取
出されるようにしておけば、任意の特定単一ガスの検出
なども可能となる。

以上のように、本発明の素子は、酸化触媒を用いたフィ
ルターのガス選別作用で特定種類のガスを選択的に検出
することができ、その上特に、ガス感知部とフィルター
とを気密性を有する円筒状容器に一括に充填しているた
め、構造が部用でコンパクトに形成することができると
共に、製作が容易でコストを低廉にし得る等のすぐれた
効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の素子において用いられるフィルターの
酸化能力と各種ガスに対する透過性との関係を示すグラ
フ、第２図乃至第４図はそれぞれ本発明の素子の実施例
を示す断面図、第５図は従来の素子の一例を示す断面図
である。 ２．１２・・・ガス感知部、８．１８・・・電極、４？
１４・・・フィルター。 特　許出願人　　フイガロ技研株式会社　　　　−第　
　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図 １

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気密性を有する絶縁性素材にて形成した少なくとも一端
   に開口部を有する筒状の容器の内部に、還元性ガスに感
   応して抵抗値が変化する金属酸化物半導体を充填し、該
   金属酸化物半導体に電極を装備すると共に、同′容器内
   の開口部に、酸化触媒を用いたガス選択透過性フィルグ
   ーを充填したことを特徴とする検知ガスの選択性を有す
   るガス検知素子。