JPS5931005B2 - 可燃性ガス検知素子 - Google Patents
可燃性ガス検知素子Info
- Publication number
- JPS5931005B2 JPS5931005B2 JP14582479A JP14582479A JPS5931005B2 JP S5931005 B2 JPS5931005 B2 JP S5931005B2 JP 14582479 A JP14582479 A JP 14582479A JP 14582479 A JP14582479 A JP 14582479A JP S5931005 B2 JPS5931005 B2 JP S5931005B2
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- JP
- Japan
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- oxide
- gas detection
- gas
- detection element
- concentration
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は酸化インジウムを有効成分中の主成分とする
可燃性ガス検知素子に関する。
可燃性ガス検知素子に関する。
従来より実用されている可燃性ガス検知素子の殆どは、
ｎ型酸化物半導体である酸化スズ（ＳｎＯ２）や酸化亜
鉛（ＺｎＯ）あるいはγ一酸化第二鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３
）を有効成分とする焼結体からなるものであつた。
ｎ型酸化物半導体である酸化スズ（ＳｎＯ２）や酸化亜
鉛（ＺｎＯ）あるいはγ一酸化第二鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３
）を有効成分とする焼結体からなるものであつた。
この発明は、このような現状の中に、同じくｎ型酸化物
半導体である酸化インジウムを有効成分中の主成分とす
る新規な実用性ある可燃性ガス検知素子を提供しようと
するものである。
半導体である酸化インジウムを有効成分中の主成分とす
る新規な実用性ある可燃性ガス検知素子を提供しようと
するものである。
酸化インジウムは、可燃性ガスに接触したとき素子とし
て使用するに充分な抵抗値変化を示す、すなわち充分な
ガス感応特性を有する。
て使用するに充分な抵抗値変化を示す、すなわち充分な
ガス感応特性を有する。
しかし、その焼結体は、素子抵抗値が非常に小さいため
、これをガス漏れ警報器に用いようとすると、回路設計
が困難になる等の問題が発生し、実用上難点がある。そ
こで、この発明者らは、酸化インジウムのナぐれた特性
を滅却させることなく素子抵抗値を実用性ある領域にま
で高めるため、これに適した添加物の使用を考え、種々
のものについて詳細に検討した。
、これをガス漏れ警報器に用いようとすると、回路設計
が困難になる等の問題が発生し、実用上難点がある。そ
こで、この発明者らは、酸化インジウムのナぐれた特性
を滅却させることなく素子抵抗値を実用性ある領域にま
で高めるため、これに適した添加物の使用を考え、種々
のものについて詳細に検討した。
その過程で、酸化バナジウム、酸化タングステンまたは
酸化マンガンがこのような添加物としてすぐれているこ
とを見出した。さらに、一般に、ガス検知用酸化物半導
体は、可燃性ガス濃度がある程度高くなると、ガス濃度
変化に対する抵抗値変化の割合が濃度に比例しては増加
せず飽和に達する傾向が見られるところ、酸化インジウ
ムもこの例にもれず、しかも、酸化インジウムの場合、
これ単独では可燃性ガスが比較的低濃度である段階にお
いてすでに飽和に達し、実用濃度域での素子抵抗値変化
の濃度に対する関係が直線型とならない、すなわち素子
抵抗の濃度依存性（濃度分離性）がやや小さいといラ問
題もあるのであるが、これに酸化バナジウム、酸化タン
グステンまたは酸化マンガンを添加するとこのような問
題も直ちに解決されることが分かつた。
酸化マンガンがこのような添加物としてすぐれているこ
とを見出した。さらに、一般に、ガス検知用酸化物半導
体は、可燃性ガス濃度がある程度高くなると、ガス濃度
変化に対する抵抗値変化の割合が濃度に比例しては増加
せず飽和に達する傾向が見られるところ、酸化インジウ
ムもこの例にもれず、しかも、酸化インジウムの場合、
これ単独では可燃性ガスが比較的低濃度である段階にお
いてすでに飽和に達し、実用濃度域での素子抵抗値変化
の濃度に対する関係が直線型とならない、すなわち素子
抵抗の濃度依存性（濃度分離性）がやや小さいといラ問
題もあるのであるが、これに酸化バナジウム、酸化タン
グステンまたは酸化マンガンを添加するとこのような問
題も直ちに解決されることが分かつた。
この発明は、以上の知見に基づいて完成されたものであ
つて、焼結体と、この焼結体の電気抵抗が検知されるこ
とによつて可燃性ガスの存在を検知するようにした可燃
性ガス検知素子であつて、焼結体の有効成分中の主成分
が酸化インジウム、副成分が酸化バナジウム、酸化タン
グステン訃よび酸化マンガンのうちの少なくとも１種か
らなｂ、有効成分中に占める副成分の割合（ただし、そ
の算出に当たつては、酸化インジウムはＩｎ２Ｏ３に、
酸化・くナジウムはＶ２Ｏ５に、酸化タングステンはＷ
Ｏ３に、また、酸化マンガンはＭｎＯ２にそれぞれ換算
される）が５〜４０重量％であることを特徴とする可燃
性ガス検知素子をその要旨とする。つぎに、この発明を
さらに詳しく説明する。上に述べたように、この発明に
かかる可燃性ガス検知素子は、そのガスを検知する能力
（ガス検知能）を示す成分すなわち有効成分中の主成分
が酸化インジウムによつて構成され、副成分が酸化バナ
ジウム、酸化タングステンおよび酸化マンガンのうちの
少なくとも１種によつて構成されるようになつている。
すなわち、この発明では、酸化バナジウム、酸化タング
ステンまたは酸化マンガンを上に述べた添加物として用
いているのであシ、これによつて、酸化インジウムの素
子抵抗値が低すぎるという問題および濃度依存性が小さ
いという問題を解決するように図つている。この発明に
かかる素子に｝いて、酸化インジウムは普通１ｎ２０３
という酸化形態で、酸化バナジウムは普通Ｖ２Ｏ５とい
う酸化形態で、酸化タングステンは普通ＷＯ３という酸
化形態で、また、酸化マンガンは普通ＭｎＯ２という酸
化形態でそれぞれ素子中に存在すると考えてよいのであ
るが、それぞれ原子価が異なる他の酸化形態で単独でま
たは併せて存在する場合も勿論この発明の範囲に入る。
つて、焼結体と、この焼結体の電気抵抗が検知されるこ
とによつて可燃性ガスの存在を検知するようにした可燃
性ガス検知素子であつて、焼結体の有効成分中の主成分
が酸化インジウム、副成分が酸化バナジウム、酸化タン
グステン訃よび酸化マンガンのうちの少なくとも１種か
らなｂ、有効成分中に占める副成分の割合（ただし、そ
の算出に当たつては、酸化インジウムはＩｎ２Ｏ３に、
酸化・くナジウムはＶ２Ｏ５に、酸化タングステンはＷ
Ｏ３に、また、酸化マンガンはＭｎＯ２にそれぞれ換算
される）が５〜４０重量％であることを特徴とする可燃
性ガス検知素子をその要旨とする。つぎに、この発明を
さらに詳しく説明する。上に述べたように、この発明に
かかる可燃性ガス検知素子は、そのガスを検知する能力
（ガス検知能）を示す成分すなわち有効成分中の主成分
が酸化インジウムによつて構成され、副成分が酸化バナ
ジウム、酸化タングステンおよび酸化マンガンのうちの
少なくとも１種によつて構成されるようになつている。
すなわち、この発明では、酸化バナジウム、酸化タング
ステンまたは酸化マンガンを上に述べた添加物として用
いているのであシ、これによつて、酸化インジウムの素
子抵抗値が低すぎるという問題および濃度依存性が小さ
いという問題を解決するように図つている。この発明に
かかる素子に｝いて、酸化インジウムは普通１ｎ２０３
という酸化形態で、酸化バナジウムは普通Ｖ２Ｏ５とい
う酸化形態で、酸化タングステンは普通ＷＯ３という酸
化形態で、また、酸化マンガンは普通ＭｎＯ２という酸
化形態でそれぞれ素子中に存在すると考えてよいのであ
るが、それぞれ原子価が異なる他の酸化形態で単独でま
たは併せて存在する場合も勿論この発明の範囲に入る。
なお、ここにいう酸化形態には、格子欠陥などに起因し
て非化学量論的組成を有するものも含まれることは言う
までもない。もつとも、この明細書において、素子を構
成する成分の割合を考えるに当たつては、酸化インジウ
ムはすべてＩｎ２Ｏ３に、酸化バナジウムはすべて２０
５に、酸化タングステンはすべてＷＯ３に、また、酸化
マンガンはすべてＭｎＯ２にとそれぞれ換算することと
している。ところで、ガス漏れ警報器を構成するための
素子として実用されるためには、その素子抵抗値にも一
定の範囲があジ、かつ、抵抗値変化率も一定の程度以上
に保持されなければならないことは当然である。
て非化学量論的組成を有するものも含まれることは言う
までもない。もつとも、この明細書において、素子を構
成する成分の割合を考えるに当たつては、酸化インジウ
ムはすべてＩｎ２Ｏ３に、酸化バナジウムはすべて２０
５に、酸化タングステンはすべてＷＯ３に、また、酸化
マンガンはすべてＭｎＯ２にとそれぞれ換算することと
している。ところで、ガス漏れ警報器を構成するための
素子として実用されるためには、その素子抵抗値にも一
定の範囲があジ、かつ、抵抗値変化率も一定の程度以上
に保持されなければならないことは当然である。
そこで、この発明を完成するに先立ち、この発明者らは
素子抵抗値や抵抗値変化率に影響を及ぼす因子につき検
討を加えた。その結果、副成分の添加量が最も重要な因
子であることを見出した。そして、さらに実験、研究を
進めた結果、つぎのような知見を得た。すなわち、副成
分の添加量が有効成分中で４０重量％を超えるようにな
るとガス感度にすぐれるという酸化インジウムの特性が
有効に働かないため素子の性能が低下する傾向が見受け
られ、他方、この添加量が５重量％を下まわると素子抵
抗値を増大させるという効果があまジ期待できず、ガス
感度や濃度分離性等の面でも添加効果が小さい。このよ
うなことから、この発明においては、副成分の有効成分
中に占める割合は、５〜４０重量％が適当であシ、した
がつて、酸化インジウムはその残ｂすなわち６０〜９５
重量％を占めるとされているのである。な訃、ガス検知
素子をつくるに当たつては、ガス検知能を示す成分にバ
インダーとして機能する成分や単なる増量剤として働く
成分等が加えられることもある。このようなときに｝い
ても、ガス検知能を示す成分が酸化イノジウムと、酸化
バナジウム、酸化タングステン卦よび酸化マンガンのう
ちの少なくとも１種とからなるものでありさえすれば、
この発明の範囲に入る。この明細書に卦いて、この発明
にかかる可燃性ガス検知素子は有効成分中の主成分が酸
化インジウム、副成分が酸化バナジウム、酸化タングス
テンおよび酸化マンガンのうちの少なくとも１種からな
ると述べたのは、正に、上記のように、実際にガス検知
素子をつくるに当たつてはガス検知能を示す成分以外の
成分がしばしば添加されることを考慮した結果である。
もつとも、このように述べたからと言つて、上記のよう
な有効成分のみで可燃性ガス検知素子が構成されている
場合も勿論この発明の範囲に入るのであ乞このような場
合を除く趣旨ではない。この発明にかかる可燃性ガス検
知素子の形態としては、良好なガス感度が容易に得られ
る、経時安定性が良い等の理由から、一般的には焼結体
に構成する形態が選ばれるが、これに限定されるもので
なく、たとえば薄膜や厚膜に形成されてもよいのであつ
て、その形態は自由である。また、その製造原料、製造
方法等も、原料の入手の容易さ、コストやその使用目的
等を勘案して適宜に選ばれる。製造用出発原料としては
、素子となつたときに酸化インジウムであう酸化バナジ
ウム、酸化タングステンまたは酸化マンガンでありさえ
すれば種類は問わず（目的の酸化物そのものであつても
よい）、また必要によジ出発原料に加えられる中間処理
の区別も問わない。この発明は上記のように構成されて
いるため、適当な素子抵抗値を有しかつ充分なるガス感
度および濃度依存性（濃度分離性）を有する、酸化イン
ジウムを有効成分中の主成分とする可燃性ガス検知素子
を提供することができる。
素子抵抗値や抵抗値変化率に影響を及ぼす因子につき検
討を加えた。その結果、副成分の添加量が最も重要な因
子であることを見出した。そして、さらに実験、研究を
進めた結果、つぎのような知見を得た。すなわち、副成
分の添加量が有効成分中で４０重量％を超えるようにな
るとガス感度にすぐれるという酸化インジウムの特性が
有効に働かないため素子の性能が低下する傾向が見受け
られ、他方、この添加量が５重量％を下まわると素子抵
抗値を増大させるという効果があまジ期待できず、ガス
感度や濃度分離性等の面でも添加効果が小さい。このよ
うなことから、この発明においては、副成分の有効成分
中に占める割合は、５〜４０重量％が適当であシ、した
がつて、酸化インジウムはその残ｂすなわち６０〜９５
重量％を占めるとされているのである。な訃、ガス検知
素子をつくるに当たつては、ガス検知能を示す成分にバ
インダーとして機能する成分や単なる増量剤として働く
成分等が加えられることもある。このようなときに｝い
ても、ガス検知能を示す成分が酸化イノジウムと、酸化
バナジウム、酸化タングステン卦よび酸化マンガンのう
ちの少なくとも１種とからなるものでありさえすれば、
この発明の範囲に入る。この明細書に卦いて、この発明
にかかる可燃性ガス検知素子は有効成分中の主成分が酸
化インジウム、副成分が酸化バナジウム、酸化タングス
テンおよび酸化マンガンのうちの少なくとも１種からな
ると述べたのは、正に、上記のように、実際にガス検知
素子をつくるに当たつてはガス検知能を示す成分以外の
成分がしばしば添加されることを考慮した結果である。
もつとも、このように述べたからと言つて、上記のよう
な有効成分のみで可燃性ガス検知素子が構成されている
場合も勿論この発明の範囲に入るのであ乞このような場
合を除く趣旨ではない。この発明にかかる可燃性ガス検
知素子の形態としては、良好なガス感度が容易に得られ
る、経時安定性が良い等の理由から、一般的には焼結体
に構成する形態が選ばれるが、これに限定されるもので
なく、たとえば薄膜や厚膜に形成されてもよいのであつ
て、その形態は自由である。また、その製造原料、製造
方法等も、原料の入手の容易さ、コストやその使用目的
等を勘案して適宜に選ばれる。製造用出発原料としては
、素子となつたときに酸化インジウムであう酸化バナジ
ウム、酸化タングステンまたは酸化マンガンでありさえ
すれば種類は問わず（目的の酸化物そのものであつても
よい）、また必要によジ出発原料に加えられる中間処理
の区別も問わない。この発明は上記のように構成されて
いるため、適当な素子抵抗値を有しかつ充分なるガス感
度および濃度依存性（濃度分離性）を有する、酸化イン
ジウムを有効成分中の主成分とする可燃性ガス検知素子
を提供することができる。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
主成分である酸化インジウム用原料として高純度１ｎ２
０３粉末（純度９９．９％）を用い、副成分である酸化
バナジウム用原料、酸化タングステン用原料卦よび酸化
マンガン用原料としてやはジ高純度（９９．９〜９９．
９９％）のＶ２Ｏ５粉末、ＷＯ３粉末卦よびＭｎＯ２粉
末を用いた。
０３粉末（純度９９．９％）を用い、副成分である酸化
バナジウム用原料、酸化タングステン用原料卦よび酸化
マンガン用原料としてやはジ高純度（９９．９〜９９．
９９％）のＶ２Ｏ５粉末、ＷＯ３粉末卦よびＭｎＯ２粉
末を用いた。
これらの原料を、素子組成が後掲の表記載のと卦ｂとな
る割合で配合し、括潰機で充分混合したのち、混合粉末
（比較例１、２では酸化インジウム単独粉末）を一定量
（２０ｍｇ）秤量して、白金線電極が埋設された直径２
ｍｍφ、長さ約２ｎ１ｒｎで円柱状の素子形状に圧縮成
形し、焼成温度６００℃または８００℃、焼成時間３時
間、空気中という焼成条件で焼成することによつてガス
感応体（焼結体）をつくつた。上記で得られた各ガス感
応体のまわりに、コイル状ヒータを付設し、さらにステ
ンレススチールフ製の金網キヤツプで被覆したものをガ
ス検知部とした。
る割合で配合し、括潰機で充分混合したのち、混合粉末
（比較例１、２では酸化インジウム単独粉末）を一定量
（２０ｍｇ）秤量して、白金線電極が埋設された直径２
ｍｍφ、長さ約２ｎ１ｒｎで円柱状の素子形状に圧縮成
形し、焼成温度６００℃または８００℃、焼成時間３時
間、空気中という焼成条件で焼成することによつてガス
感応体（焼結体）をつくつた。上記で得られた各ガス感
応体のまわりに、コイル状ヒータを付設し、さらにステ
ンレススチールフ製の金網キヤツプで被覆したものをガ
ス検知部とした。
各素子のガス感応特性について調べた結果は下表のとお
ねであジ、実施例はいずれも比較例よシすぐれていた。
ねであジ、実施例はいずれも比較例よシすぐれていた。
なお、ガス感応特性は、上記コイル状ヒータに一定電圧
を付加して素子の温度を４５０℃一定に保持しつつ、イ
ソブタン濃度０．１容量％および０．３容量％のイソブ
タン含有空気を接触させてガス感応体の電気抵抗値を測
定し、その変化を求めするという方法によつて調べた。
を付加して素子の温度を４５０℃一定に保持しつつ、イ
ソブタン濃度０．１容量％および０．３容量％のイソブ
タン含有空気を接触させてガス感応体の電気抵抗値を測
定し、その変化を求めするという方法によつて調べた。
ここで、
ガス感度は式により、ま
た、濃度分離性は式２により、
それぞれ求められた。
なお、式中、Ｒａｉｒ；素子の空気（露点１３℃）中で
の抵抗値ＲＯ．ｌ；イソブタン濃度０．１容量％のイソ
ブタン含有空気（露点１３℃）中での素子の抵抗値 ＲＯ．３；イソブタン濃度０．３容量％のイソブタン含
有空気（露点１３℃）中での素子の抵抗値 をそれぞれ表わす。
の抵抗値ＲＯ．ｌ；イソブタン濃度０．１容量％のイソ
ブタン含有空気（露点１３℃）中での素子の抵抗値 ＲＯ．３；イソブタン濃度０．３容量％のイソブタン含
有空気（露点１３℃）中での素子の抵抗値 をそれぞれ表わす。
上表に示されている結果を見ても明らかなように、Ｉｎ
２Ｏ３単成分系では素子抵抗値が低く実用領域外である
が、Ｉｎ２Ｏ３へのＶ２Ｏ５，ＷＯ３訃よびＭｎＯ２の
うちの少なくとも１種の添加によつて素子抵抗値が高ま
り実用濃度域での濃度分離性が向上する。
２Ｏ３単成分系では素子抵抗値が低く実用領域外である
が、Ｉｎ２Ｏ３へのＶ２Ｏ５，ＷＯ３訃よびＭｎＯ２の
うちの少なくとも１種の添加によつて素子抵抗値が高ま
り実用濃度域での濃度分離性が向上する。
Claims (1)
- １ 焼結体と、この焼結体の電気抵抗が検知されること
によつて可燃性ガスの存在を検知するようにした可燃性
ガス検知素子であつて、焼結体の有効成分中の主成分が
酸化インジウム、副成分が酸化バナジウム、酸化タング
ステンおよび酸化マンガンのうちの少なくとも１種から
なり、有効成分中に占める副成分の割合（ただし、その
算出に当たつては、酸化インジウムはＩｎ＿２Ｏ＿３に
、酸化バナジウムはＶ＿２Ｏ＿５に、酸化タングステン
はＷＯ＿３に、また、酸化マンガンはＭｎＯ＿２にそれ
ぞれ換算される）が５〜４０重量％であることを特徴と
する可燃性ガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14582479A JPS5931005B2 (ja) | 1979-11-10 | 1979-11-10 | 可燃性ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14582479A JPS5931005B2 (ja) | 1979-11-10 | 1979-11-10 | 可燃性ガス検知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5669546A JPS5669546A (en) | 1981-06-10 |
| JPS5931005B2 true JPS5931005B2 (ja) | 1984-07-30 |
Family
ID=15393967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14582479A Expired JPS5931005B2 (ja) | 1979-11-10 | 1979-11-10 | 可燃性ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931005B2 (ja) |
-
1979
- 1979-11-10 JP JP14582479A patent/JPS5931005B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5669546A (en) | 1981-06-10 |
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