JP6764281B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
本発明は、ガスの種類が検出可能なガスセンサに関する。
ガスセンサとして、例えば水晶振動子上にガス識別性をもつガス分子選択材料を吸着膜として設けたガス分子検知素子を用い、ガス分子吸着による質量変化を測定して、ガスを検出するものがある。吸着膜としては、例えば、アミノ酸のプラズマ重合膜にイオン液体を浸透させたものが用いられ、吸着膜のイオン液体の濃度を異ならせた複数のガス分子検知素子によってメタノールやエタノールといったアルコールを検出するガスセンサが提案されている（特許文献１参照。）。また、吸着膜として、ＰＴＦＥ＆ＰＥ（ポリテトラフロロエチレンとポリエチレン）やＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフロロエチレン）を用いて、アセトンやメタノールを判別することが提案されている（特許文献２参照。）。
しかしながら、吸着膜としてプラズマ重合膜を用いる場合、成膜に長時間要し、また経時変化による膜物性の劣化といった問題がある。また、吸着膜として、ＰＴＦＥやＰＣＴＦＥといったフッ素系有機膜を用いる場合、ガス識別性や感度の面で問題がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ガス識別性の高いガスセンサを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るガスセンサは、第１のガス検出素子と、第２のガス検出素子と、検出部とを具備する。
上記第１のガス検出素子は、第１の振動子と、上記第１の振動子上に設けられたフッ化ビニリデン樹脂を含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成される第１の吸着膜とを有する。
上記第２のガス検出素子は、第２の振動子と、上記第２の振動子上に設けられたフッ化ビニリデン樹脂を含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成され、上記第１の吸着膜と異なる吸着特性を有する第２の吸着膜とを有する。
上記検出部は、上記第１及び第２のガス検出素子の共振周波数の変化を検出する。
上記第１のガス検出素子は、第１の振動子と、上記第１の振動子上に設けられたフッ化ビニリデン樹脂を含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成される第１の吸着膜とを有する。
上記第２のガス検出素子は、第２の振動子と、上記第２の振動子上に設けられたフッ化ビニリデン樹脂を含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成され、上記第１の吸着膜と異なる吸着特性を有する第２の吸着膜とを有する。
上記検出部は、上記第１及び第２のガス検出素子の共振周波数の変化を検出する。
本発明のこのような構成によれば、各ガス検出素子で異なる吸着特性を有する吸着膜を設けているので、ガス識別性が高い。
第３の振動子と、上記第３の振動子上に設けられたシアニン色素を含む第３の吸着膜とを有する第３のガス検出素子を更に具備してもよい。
このような構成によれば、他のガス検出素子が検出するガスと異なるガスを検出することができる。シアニン色素を含む吸着膜が設けられたガス検出素子で例えばアンモニアを検出することができる。
上記第１の吸着膜は上記フッ化ビニリデン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成され、上記第２の吸着膜は上記フッ化ビニリデン樹脂と三フッ化塩化エチレン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成される。
このように、第１の吸着膜及び第２の吸着膜それぞれにトリフルオロエチレンを用いることにより、吸着膜の成膜が容易となる。すなわち、第１の吸着膜及び第２の吸着膜それぞれの膜に用いられるフッ化ビニリデン樹脂は、非常に結晶化度が高く、溶剤に溶解しづらく、溶解しても容易に析出してしまい、取り扱いにくい。しかし、トリフルオロエチレンと共重合させることで結晶化を抑えることができ、成膜が容易となる。
第４の振動子と、上記第４の振動子上に設けられた、上記第２の吸着膜と異なる配合比でフッ化ビニリデン樹脂と三フッ化塩化エチレン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成され、上記第１の吸着膜及び上記第２の吸着膜と異なる吸着特性を有する第４の吸着膜とを有する第４のガス検出素子を更に具備してもよい。
このように、第２の吸着膜と異なる配合比で形成され、第１の吸着膜及び第２の吸着膜と異なる吸着特性を有する第４の吸着膜を有する第４のガス検出素子を設けることにより、ガス識別性が更に向上する。
上記第１の吸着膜は上記フッ化ビニリデン樹脂と三フッ化塩化エチレン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成され、上記第２の吸着膜は、上記第１の吸着膜と異なる配合比でフッ化ビニリデン樹脂と三フッ化塩化エチレン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成される。
このように、吸着膜形成に用いる複数のフッ素樹脂材料を同じくし、その配合比を異ならせることによって、吸着特性の異なる吸着膜を備えるガス検出素子としても良い。
ガスセンサは、チャンバと、処理部を更に具備してもよい。
上記チャンバはガス検出素子を収容する。
上記処理部は上記検出された共振周波数から上記記ガス検出素子の振動共振周波数変化を算出し、この算出結果を基に、上記チャンバ内のガスを特定する。
上記チャンバはガス検出素子を収容する。
上記処理部は上記検出された共振周波数から上記記ガス検出素子の振動共振周波数変化を算出し、この算出結果を基に、上記チャンバ内のガスを特定する。
以上述べたように、本発明によれば、複数の互いに異なる吸着膜を備えるガス検出素子を用いることによりガス識別性の高いガスセンサが得られる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態に係るガスセンサは、複数のガス検出素子を有している。該ガス検出素子は、振動子としての水晶振動子に特定のガスを吸着する吸着膜を備えた構成を有している。水晶振動子の共振周波数は吸着膜に吸着したガスの重量に比例して減少するので、水晶振動子毎に共振周波数の変化量を計測し、この計測結果を基にガスの種類を検出することができる。
本実施形態においては、ガス検出素子に共振周波数が９ＭＨｚの水晶振動子を用いるが、これに限定されない。例えば、水晶振動子以外にセラミック振動子、表面弾性波素子、カンチレバー、ダイヤフラムなどを用いることもでき、吸着膜のガス吸着による重量増加や膨張応力増加といった物理変化を検出し、電気信号に変換できるものであれば適用できる。
[ガス検出素子の構成]
図１は、本実施形態に係るガスセンサの一部を構成する検出素子１（図２における１ａ〜１ｄ）を示す正面図である。
図１は、本実施形態に係るガスセンサの一部を構成する検出素子１（図２における１ａ〜１ｄ）を示す正面図である。
検出素子１は、水晶振動子１３と、電極１１Ａ（１１Ｂ）と、吸着膜１２と、リードランド１６Ａ、１６Ｂと、リード１４Ａ、１４Ｂと、ピン端子１９Ａ、１９Ｂと、ホルダ１８を有する。
水晶振動子１３は、ＡＴカットの水晶板である。水晶振動子１３の互いに対向する主面１３Ａ、１３Ｂそれぞれには、金属薄膜が所定の形状にパターニングされてなる電極１１Ａ、１１Ｂが形成されている。
吸着膜１２は、電極１１Ａ上に形成される。
リードランド１６Ａは電極１１Ａと一体形成されてなり、リードランド１６Ｂは電極１１Ｂと一体形成されてなる。
リードランド１６Ａは電極１１Ａと一体形成されてなり、リードランド１６Ｂは電極１１Ｂと一体形成されてなる。
リード１４Ａ及びリード１４Ｂは金属バネ材からなり、互いに平行に配置される。
リード１４Ａは一端がリードランド１６Ａを介して電極１１Ａと電気的に接続し、他端がピン端子１９Ａに接続する。リード１４Ｂは一端がリードランド１６Ｂを介して電極１１Ｂと電気的に接続し、他端がピン端子１９Ｂに接続する。
リード１４Ａは一端がリードランド１６Ａを介して電極１１Ａと電気的に接続し、他端がピン端子１９Ａに接続する。リード１４Ｂは一端がリードランド１６Ｂを介して電極１１Ｂと電気的に接続し、他端がピン端子１９Ｂに接続する。
ホルダ１８は絶縁部材からなり、ピン端子１９Ａ及び１９Ｂが貫通する貫通孔を有する。ホルダ１８の貫通孔にピン端子１９Ａ及び１９Ｂが貫通するように水晶振動子１３を保持することにより、ホルダ１８によって水晶振動子１３は振動自在に支持される。
検出素子１のピン端子１９Ａ及び１９Ｂは後述する発振回路に接続され、検出素子１に駆動電圧が印加される。検出素子１は、駆動電圧が印加されると、水晶振動子１３は固有の共振周波数（本例では９ＭＨｚ）で振動する。
そして、吸着膜１２がガスを吸着することにより質量が変化し、その吸着量に応じて水晶振動子１３の発振周波数は低下する。
そして、吸着膜１２がガスを吸着することにより質量が変化し、その吸着量に応じて水晶振動子１３の発振周波数は低下する。
[ガスセンサの構成]
図２は、図１に示す検出素子１を複数備えたガスセンサの構成を示す図である。
図２は、図１に示す検出素子１を複数備えたガスセンサの構成を示す図である。
図２に示すように、ガスセンサ２は、ガスセンサユニット３と、コントローラ１０とを有する。コントローラ１０は、発振回路４と、検出回路５と、処理部６を有する。
ガスセンサユニット３は、チャンバ３１と、１つの検出素子１ａと、３つのガス検出素子１ｂ〜１ｄを具備する。
チャンバ３１は、所定の間隙をおいて配置された検出素子１ａ、ガス検出素子１ｂ〜１ｄを収容する。チャンバ３１は、その内部に検出対象のガスが導入可能となっている。
チャンバ３１は、所定の間隙をおいて配置された検出素子１ａ、ガス検出素子１ｂ〜１ｄを収容する。チャンバ３１は、その内部に検出対象のガスが導入可能となっている。
検出素子１ａ及び３つのガス検出素子１ｂ〜１ｄは、基本的な構造は図１に示す検出素子１と同様であり、電極１１Ａ上に設けられる吸着膜１２の有無及び種類が各検出素子１ａ〜１ｄで異なる。ガス検出素子１ｂ〜１ｄそれぞれに設けられる吸着膜１２ｂ〜１２ｄは、互いに異なる吸着特性を有する。
検出素子１ａには吸着膜１２は形成されておらず、検出素子１ａはリファレンスとして用いられる。
第１のガス検出素子としてのガス検出素子１ｂは、第１の振動子１３と、第１の振動子１３上に設けられた第１の吸着膜としての吸着膜１２ｂとを有する。
吸着膜１２ｂは、フッ化ビニリデン樹脂（ポリビニリデンフルオライド。以下、ＰＶＤＦと称す。）とトリフルオロエチレン（以下、ＴｒＦＥと称す。）を用いて形成される共重合体からなる。具体的には、ＰＶＤＦとＴｒＦＥとを、その配合重量比が８：２の割合となるように配合して共重合化した紛体をメチルケトンで溶解して溶液を作製し、この溶液をスピンコートで所定の厚み、ここでは１μｍの厚みに電極１１Ａ上に塗布した後、乾燥炉で溶剤を揮発させて吸着膜１２ｂを成膜した。
第２のガス検出素子としてのガス検出素子１ｃは、第２の振動子１３と、第２の振動子１３上に設けられた第２の吸着膜としての吸着膜１２ｃとを有する。
吸着膜１２ｃは、ＰＶＤＦと、ＴｒＦＥと、三フッ化塩化エチレン樹脂（ポリクロロトリフルオロエチレン。以下、ＰＣＴＦＥと称す。）を用いて形成される共重合体からなる。具体的には、ＰＶＤＦとＴｒＦＥとＰＣＴＦＥとを、その配合重量比が６５：２５：１０の割合となるように配合して共重合化した紛体をメチルケトンで溶解して溶液を作製し、この溶液をスピンコートで所定の厚み、ここでは１μｍの厚みに電極１１Ａ上に塗布した後、乾燥炉で溶剤を揮発させて吸着膜１２ｃを成膜した。
第３のガス検出素子としてのガス検出素子１ｄは、第３の振動子１３と、第３の振動子１３上に設けられた第３の吸着膜としての吸着膜１２ｄを有する。
吸着膜１２ｄは、シアニン色素を用いて形成される。シアニン色素としては、１、１´−ジブチル３、３、３´、３´−テトラメチル−４、５、４´、５´ジベンゾインドジカーボシアニンブロミド（株式会社 日本感光色素研究所製 品番ＮＫ３５６７）を用いた。このＮＫ３５６７をテトラフルオロプロパノール（ＴＦＰ）で溶解して溶液を作製し、この溶液をスピンコートで所定の厚み、ここでは０．１μｍの厚みに電極１１Ａ上に塗布した後、乾燥炉で溶剤を揮発させて吸着膜１２ｄを成膜した。
ここで、吸着膜１２ｂ及び吸着膜１２ｃの膜厚が１μｍであるのに対し、吸着膜１２ｄの膜厚を０．１μｍとしたのは、３種類の吸着膜１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの単位表面積当たりのアセトンの吸着による共振周波数変化量が互いに同じオーダーとなるようにするためである。
また、各ガス検出素子１ｂ〜１ｄの各吸着膜１２ｂ〜１２ｄの成膜面積は同じであり、例えば、約０．２ｃｍ２である。
上述のＰＶＤＦの化学式は次の通りである。
ＰＶＤＦは、ＣＦ２とＣＨ２が交互に結合した直鎖上構造でフッ素原子が自由に回転できることで高い誘電特性を有する。
上述のＴｒＦＥの化学式は次の通りである。
上述のＰＣＴＦＥの化学式は次の通りである。
上述の吸着膜１２ｂ及び１２ｃは、いずれもフッ素樹脂であるＴｒＦＥを用いて形成される。
このようにＴｒＦＥを用いることにより、吸着膜の成膜が容易となる。すなわち、吸着膜１２ｂ及び吸着膜１２ｃそれぞれの膜に用いられるＰＶＤＦは、非常に結晶化度が高いため溶剤に溶解しづらく、溶解しても容易に析出してしまい、取り扱いにくい。しかし、ＴｒＦＥと共重合させることで結晶化を抑えることができ、成膜が容易となる。
このようにＴｒＦＥを用いることにより、吸着膜の成膜が容易となる。すなわち、吸着膜１２ｂ及び吸着膜１２ｃそれぞれの膜に用いられるＰＶＤＦは、非常に結晶化度が高いため溶剤に溶解しづらく、溶解しても容易に析出してしまい、取り扱いにくい。しかし、ＴｒＦＥと共重合させることで結晶化を抑えることができ、成膜が容易となる。
発振回路４は、検出素子１ａ及びガス検出素子１ｂ〜１ｄの各水晶振動子１３を所定周波数（本例では９ＭＨｚ）で振動させる。
検出回路５は検出素子１ａ及びガス検出素子１ｂ〜１ｄの共振周波数を検出する。ガス検出素子１ｂ〜１ｄを発振回路４によって所定周波数で振動させた状態で、吸着膜１２ｂ〜１２ｄにガス等の検出対象物が吸着すると、各ガス検出素子１ｂ〜１ｄの水晶振動子１３の共振周波数が変化する。検出回路５からは、検出された共振周波数の電気信号が処理部６に出力される。
処理部６は、検出回路５から入力された検出素子１ａ及び各ガス検出素子１ｂ〜１ｄの電気信号を基に、各ガス検出素子１ｂ〜１ｄにおける振動共振周波数変化を算出し、算出された振動共振周波数変化の結果からチャンバ３１内に導入されたガスの種類を特定する。
処理部６によって算出された振動共振周波数変化、特定されたガスの種類は、測定者が測定結果を確認できるように、例えば図示しない表示装置等に出力表示可能となっている。
［吸着膜の特性及びこの特性を利用したガス検出］
次に、上述の各ガス検出素子１ｂ〜１ｄに形成される吸着膜１２ｂ〜１２ｄの特性について説明する。
次に、上述の各ガス検出素子１ｂ〜１ｄに形成される吸着膜１２ｂ〜１２ｄの特性について説明する。
表１は、それぞれ表面積０．２ｃｍ２、１μｍの膜厚に成膜された吸着膜１２ｂと吸着膜１２ｃの、各種ガスの吸着特性を示す表である。この特性評価は、（株）多摩デバイス社製のＱＣＭ測定器（型番：ＴＨＱ−１００Ｐ）を用いて行った。ガスとして、アセトン、トルエン、エタノール、アンモニア、ホルムアルデヒドの揮発性ガスを用いた。ＱＣＭ測定器の中にガス検出素子を配置し、ＱＣＭ測定器内にガスを１種類ずつ導入して、一定流速、ここでは３００ｓｃｃｍの流速でガス検出素子にあて、その際の最大共振周波数変化をプロットし、吸着膜１２ｂ及び吸着膜１２ｃの吸着特性を評価した。
表１に示すように、吸着膜１２ｂ及び吸着膜１２ｃは、吸着量の違いは若干あるもののいずれもアセトンを吸着する特性を有している。しかしながら、トルエンの吸着に関しては、ＰＣＴＦＥを含む吸着膜１２ｃの方が、ＰＣＴＦＥを含まない吸着膜１２ｂよりも、吸着量がはるかに多い。
図４はＰＣＴＦＥとＰＶＤＦを用いて膜厚１μｍに成膜された吸着膜の特性を示すものであり、ＰＣＴＦＥの配合比率とトルエンガス吸着による水晶振動子１３の共振周波数変化との関係を示す。
図４に示すように、ＰＣＴＦＥの配合比率が上がるほど、トルエンガス吸着による共振周波数変化が大きくなっていき、ＰＣＴＦＥの量と共振周波数変化量はほぼ比例している。
図３は、ＰＣＴＦＥとＴｒＦＥとＰＶＤＦを、それぞれの重量成分比を異ならせて膜厚１μｍに成膜した吸着膜の各種ガスに対する吸着特性を示す。ガスには、アセトン、トルエン、エタノール、アンモニア、ホルムアルデヒドを用いた。
図３において、左から順に、ＰＣＴＦＥとＴｒＦＥとＰＶＤＦの配合重量成分比が、０：２０：８０、０：３０：７０、７：２５：６８、１０：２５：６５の膜を示す。
図３において、左から順に、ＰＣＴＦＥとＴｒＦＥとＰＶＤＦの配合重量成分比が、０：２０：８０、０：３０：７０、７：２５：６８、１０：２５：６５の膜を示す。
図３に示すように、いずれの膜もアセトンを吸着する特性を有するが、ＰＣＴＦＥを用いて形成された膜（図中、右側２つの膜）は、ＰＣＴＦＥを用いずに形成された膜（図中、左側２つの膜）と比較して、トルエンの吸着量が多い。
図５はガス検出素子１ｄの吸着膜１２ｄに用いられるシアニン色素を用いて１ｎｍの膜厚で成膜された膜の特性を示すものである。シアニン色素としては、株式会社 日本感光色素研究所製の品番「ＮＫ３５６７」を用いた。
図５に示すように、吸着膜１２ｄは、アセトン、エタノール、アンモニアを吸着する特性を有する。また、図５には示していないが、吸着膜１２ｄは、トルエンを吸着する特性を有している。
図５に示すように、吸着膜１２ｄは、アセトンの吸着においては、１ｎｍあたり約４０．５Ｈｚの共振周波数変化を示す。吸着膜１２ｄは膜厚０．１μｍに成膜されているので、０．１μｍの膜厚における共振周波数変化に換算すると、約４０５０Ｈｚの共振周波数変化となる。
同様に、エタノール、アンモニアの吸着においては、それぞれ１ｎｍあたり約１５Ｈｚ、１４．５Ｈｚの共振周波数変化を示すので、０．１μｍの膜厚における共振周波数変化に換算すると、それぞれ約１５００Ｈｚ、１４５０Ｈｚの共振周波数変化となる。
また、トルエンの吸着においては、１ｎｍあたり約１０．６Ｈｚの共振周波数変化を示す。吸着膜１２ｄは膜厚０．１μｍに成膜されているので、０．１μｍの膜厚における共振周波数変化に換算すると、約１０６０Ｈｚの共振周波数変化となる。
このように本実施形態においては、各ガス検出素子１ｂ〜１ｄに設けられる吸着膜１２ｂ〜１２ｄの膜厚を、それぞれの吸着膜の吸着特性を考慮して調整している。ここではアセトンの吸着による共振周波数変化の数値がいずれのガス検出素子１ｂ〜１ｄにおいても、同じ１０００のオーダーとなるように調整している。
以上のような各吸着膜１２ｂ〜１２ｄの吸着特性を利用して、上述のガスセンサ２は、例えばアセトン、トルエン、エタノール又はアンモニアを検出することができる。
すなわち、各ガス検出素子１ｂ、１ｃ、１ｄ全てにおいて、１０００Ｈｚ以上の共振周波数変化が検出された場合、検出対象のガスがアセトンであると判断することができる。
また、ガス検出素子１ｂにおいては５００Ｈｚ以下の共振周波数変化が検出され、かつ、ガス検出素子１ｃ及び１ｄで５００Ｈｚ以上の共振周波数変化が検出された場合は、検出対象のガスがトルエンであると判断することができる。
また、各ガス検出素子１ｂ、１ｃにおいては共振周波数変化が１００Ｈｚ前後以下で、かつ、ガス検出素子１ｄにおいて１０００Ｈｚ以上の共振周波数変化が見られた場合、検出対象のガスがエタノール又はアンモニアであると判断することができる。
なお、本実施形態においては、各センサの吸着膜の成膜面積がいずれも０．２ｃｍ２で、ガス検出素子１ｂ及び１ｃにおける各吸着膜１２ｂ及び１２ｃの膜厚を１μｍ、ガス検出素子１ｄの吸着膜１２ｄの膜厚を０．１μｍとした場合を例にあげ、これら成膜面積及び膜厚によって決定する各吸着膜１２ｂ〜１２ｄのガス吸着特性を基に、上述のように検出対象のガスの種類を特定する基準となる共振周波数変化の数値を決定している。
本実施形態において、吸着膜１２ｂ及び１２ｃはいずれもＰＶＤＦを含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成されている。吸着膜１２ｂはＰＶＤＦとＴｒＦＥを用いて形成され、吸着膜１２ｃはＰＶＤＦとＴｒＦＥとＰＣＴＦＥを用いて形成されているが、フッ素樹脂材料はこれらに限定されない。
フッ素樹脂としては、次のものを用いることができる。
例えば、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン。以下、ＰＴＦＥと称す。）、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（パーフルオロアルコキシアルカン。以下、ＰＦＡと称す。）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー。以下、ＦＥＰと称す。）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー。以下、ＥＦＴＥと称す。）、三フッ化塩化エチレン−エチレン共重合樹脂（エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー。以下、ＥＣＴＦＥと称す。）、四フッ化エチレン・パーフルオロジオキシソール共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー。以下、ＴＥ／ＰＤＤと称す。）、及びフッ化ビニル樹脂（ポリビニルフルオライド。以下、ＰＶＦと称す。）から選択される樹脂を用いることができる。
例えば、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン。以下、ＰＴＦＥと称す。）、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（パーフルオロアルコキシアルカン。以下、ＰＦＡと称す。）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー。以下、ＦＥＰと称す。）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー。以下、ＥＦＴＥと称す。）、三フッ化塩化エチレン−エチレン共重合樹脂（エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー。以下、ＥＣＴＦＥと称す。）、四フッ化エチレン・パーフルオロジオキシソール共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー。以下、ＴＥ／ＰＤＤと称す。）、及びフッ化ビニル樹脂（ポリビニルフルオライド。以下、ＰＶＦと称す。）から選択される樹脂を用いることができる。
また、上述の実施形態においては、ＰＶＤＦを含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成される吸着膜を有するガス検出素子は２つであったが、３つ以上としてもよい。例えば、上述の実施形態で説明したガス検出素子１ｂ及び１ｃの他に、第４の水晶振動子と該第４の水晶振動子上に設けられた第４の吸着膜を有する第４のガス検出素子を更に設けても良い。
この第４の吸着膜は、吸着膜１２ｃと同様にＰＶＤＦとＴｒＦＥとＰＣＴＦＥを用い、吸着膜１２ｃとは異なる配合比で形成され、吸着膜１２ｂと吸着膜１２ｃとは異なる吸着特性を有するものである。これにより、例えば、ＰＣＴＦＥの含有量とトルエンの吸着による共振周波数変化がほぼ線形関係にある特性を利用してトルエンの吸着量を検出することができる。
また、上述の実施形態においては、ＰＶＤＦを含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成される吸着膜を有するガス検出素子はガス検出素子１ｂとガス検出素子１ｃの２つであり、これらを用いてアセトンとトルエンの特定を行っているが、これに限定されない。
例えば、ガス検出素子１ｂ及び１ｃの代わりに、ＰＶＤＦとＴｒＦＥとＰＣＴＦＥを用いて形成された第１の吸着膜を有する第１のガス検出素子と、該第１の吸着膜と異なる配合比でＰＶＤＦとＴｒＦＥとＰＣＴＦＥを用いて形成された第２の吸着膜を有する第２のガス検出素子を設け、これらを用いてアセトンとトルエンの特定を行うようにしてもよい。具体的には、第２の吸着膜のＰＣＴＦＥの配合割合を第１の吸着膜のＰＣＴＦＥの配合割合よりも高くすることにより、ＰＣＴＦＥの含有量とトルエンの吸着による共振周波数変化がほぼ比例する特性を利用して、ＰＣＴＦＥの配合比率が高い方である第２の吸着膜を備える第２のガス検出素子をトルエンの検出用に用いることができる。
（ガス検出方法）
次に、上述のガスセンサ２を用いたガス検出方法について図２を用いて説明する。
次に、上述のガスセンサ２を用いたガス検出方法について図２を用いて説明する。
上述したように、ガスセンサ２のガスセンサユニット３にはリファレンス用の１つの検出素子１ａと３つのガス検出素子１ｂ〜１ｄが設けられている。チャンバ３１内に検出対象のガスを導入したのち、発振回路４を作動し検出素子１ａ及び各ガス検出素子１ｂ〜１ｄの水晶振動子１３を所定周波数（本例では９ＭＨｚ）で振動させる。
次に、検出回路５により、検出素子１ａ及び各ガス検出素子１ｂ〜１ｄの共振周波数が検出される。検出された共振周波数の電気信号は、処理部６に入力される。
処理部６は、検出素子１ａの共振周波数をリファレンスとして用い、該検出素子１ａの共振周波数とガス検出素子１ｂ〜１ｄそれぞれの共振周波数とから、各ガス検出素子１ｂ〜１ｄの共振周波数変化を算出する。そして、その算出結果を基に検出対象ガスの種類を特定する。
検出対象ガスの種類の特定は次のように行われる。
処理部６は、各ガス検出素子１ｂ、１ｃ、１ｄ全てにおいて、１０００Ｈｚ以上の共振周波数変化を検出すると、検出対象ガスがアセトンであると判断する。
処理部６は、各ガス検出素子１ｂ、１ｃ、１ｄ全てにおいて、１０００Ｈｚ以上の共振周波数変化を検出すると、検出対象ガスがアセトンであると判断する。
また、処理部６は、ガス検出素子１ｂにおいて５００Ｈｚ以下の共振周波数変化を検出し、かつ、ガス検出素子１ｃ及び１ｄにおいて５００Ｈｚ以上の共振周波数変化を検出すると、検出対象ガスがトルエンであると判断する。
また、処理部６は、各ガス検出素子１ｂ、１ｃにおいては共振周波数変化が１００Ｈｚ前後以下で、かつ、ガス検出素子１ｄにおいて１０００Ｈｚ以上の共振周波数変化を検出すると、検出対象ガスがエタノール又はアンモニアであると判断する。
以上のように、複数の異なる吸着膜がそれぞれ設けられたガス検出素子を設けることにより、ガス識別性が向上したガスセンサが得られる。
また、吸着膜をＰＶＤＦを含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成し、それぞれの吸着特性が異なる吸着膜を設けることにより、ガス識別性が向上したガスセンサが得られる。
また、吸着膜をＰＶＤＦを含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成し、それぞれの吸着特性が異なる吸着膜を設けることにより、ガス識別性が向上したガスセンサが得られる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 検出素子
１ｂ、１ｃ、１ｄ ガス検出素子
２ ガスセンサ
５ 検出回路
６ 処理部
１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 吸着膜
１３ 水晶振動子
１ｂ、１ｃ、１ｄ ガス検出素子
２ ガスセンサ
５ 検出回路
６ 処理部
１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 吸着膜
１３ 水晶振動子
Claims (6)
- 第１の振動子と、前記第１の振動子上に設けられたフッ化ビニリデン樹脂とトリフルオロエチレンを含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成される共重合体からなる第１の吸着膜とを有する第１のガス検出素子と、
第２の振動子と、前記第２の振動子上に設けられたフッ化ビニリデン樹脂とトリフルオロエチレンを含む２以上のフッ素樹脂を用いて形成される共重合体からなる、前記第１の吸着膜と異なる吸着特性を有する第２の吸着膜とを有する第２のガス検出素子と、
前記第１及び第２のガス検出素子の共振周波数を検出する検出部と
を具備するガスセンサ。 - 請求項１に記載のガスセンサであって、
第３の振動子と、前記第３の振動子上に設けられたシアニン色素を含む第３の吸着膜とを有する第３のガス検出素子
を更に具備するガスセンサ。 - 請求項１又は２に記載のガスセンサであって、
前記第１の吸着膜は、前記フッ化ビニリデン樹脂と前記トリフルオロエチレンを用いて形成される共重合体からなり、
前記第２の吸着膜は、前記フッ化ビニリデン樹脂と三フッ化塩化エチレン樹脂と前記トリフルオロエチレンを用いて形成される共重合体からなる
ガスセンサ。 - 請求項３に記載のガスセンサであって、
第４の振動子と、前記第４の振動子上に設けられた、前記第２の吸着膜と異なる配合比のフッ化ビニリデン樹脂と三フッ化塩化エチレン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成される共重合体からなり、前記第１の吸着膜及び前記第２の吸着膜と異なる吸着特性を有する第４の吸着膜とを有する第４のガス検出素子
を更に具備するガスセンサ。 - 請求項１又は２に記載のガスセンサであって、
前記第１の吸着膜は、前記フッ化ビニリデン樹脂と三フッ化塩化エチレン樹脂と前記トリフルオロエチレンを用いて形成される共重合体からなり、
前記第２の吸着膜は、前記第１の吸着膜と異なる配合比の前記フッ化ビニリデン樹脂と三フッ化塩化エチレン樹脂と前記トリフルオロエチレンを用いて形成される共重合体からなる
ガスセンサ。 - 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガスセンサであって、
各前記ガス検出素子を収容するチャンバと、
前記検出された共振周波数から各前記ガス検出素子の振動共振周波数変化を算出し、この算出結果を基に、前記チャンバ内のガスを特定する処理部
を更に具備するガスセンサ。
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