JPH0643951B2 - 堆積物検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、雰囲気中に粒子や粉塵等の物質が存在するか
否かを堆積によって検出する堆積物検出装置に関するも
のであって、更に詳細には、雰囲気を局所的に加熱させ
て、雰囲気中に存在する炭化物等の物質を熱分解させて
２次生成物を発生させこの２次生成物の堆積を検出する
堆積物検出手段に関するものである。特に、粉塵検出
器、煤煙検出器、窓ガラスの曇り度合検出器、油膜検出
器、等に使用するのに適した堆積物検出器に関するもの
である。

従来技術 従来の粉塵検出器や、煤煙検出器は、雰囲気中に存在す
る物質の存在を直接的に測定するものが殆どであり、そ
の装置は大型で複雑なものが多く、使用方法が困難であ
るとか、コストが高い等の問題が多かった。

目的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、新規な原理に基づい
て雰囲気中の物質の存在を検出することが可能な検出装
置を提供することを目的とする。

構成 本発明に拠れば、雰囲気を局所的に加熱させて、雰囲気
中に存在する物質を堆積させ、その堆積状態を監視する
ことによって雰囲気中に物質が存在することを検出す
る。特に、本発明の好適実施形態においては、雰囲気中
に存在する炭素化合物を検出するものであって、この炭
素化合物を加熱して熱分解させ、その２次生成物を所定
の個所に堆積させることによって炭素化合物の存在を検
出する。即ち、本発明においては、空気中等の雰囲気中
に炭素化合物の気体やミストが存在している場合、ヒー
タにより加熱することによって熱分解されてヒータの周
辺に分解物質が堆積される。本発明は、この様な現象に
着目してなされたものであって、空気中等の雰囲気中に
浮遊している炭素化合物の存在を簡単に確認することが
可能であり、且つ堆積状態から雰囲気中に包含される炭
化物の含有量を測定することも可能である。

以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の１実施例に基づいて構成された堆積
物検出装置を示しており、それは所定の物質、例えばシ
リコンからなる基板１を有しており、その上表面には絶
縁層として二酸化シリコン層２が付着形成されている。
公知のホトリソグラフィ技術を使用してこの絶縁層２を
所望の形状にパターン形成し、更にパターン化した絶縁
層２をマスクとして基板１を選択的にエッチングして、
基板１内に凹所１ａを画定すると共に架橋構造２ａを形
成してある。尚、本実施例においては、架橋構造２ａは
パターン化された絶縁層２の一部から形成されている。
従って、架橋構造２ａは空中に張り出した形状であり、
その熱容量は著しく小さい。又、基板１のエッチングは
等方性エッチングと異方性エッチングとの組合せでも、
又異方性エッチングのみであっても良い。

架橋構造２ａは凹所１ａによって所定の長さ空中を延在
しており、その上には、加熱部としてのヒータ３が付着
形成されている。このヒータ３は、例えばＰｔ等の所望
の物質を付着させることによって形成することが可能で
あり、本実施例においては、ヒータ３に電流を流すこと
によってジュール発熱を起させ、その熱によって周囲の
雰囲気を加熱する。尚、ヒータ３は二酸化シリコン等の
絶縁物質でその周囲を取り囲む構成とすることも可能で
ある。又、ヒータ３へ印加する電流は継続的なものであ
っても良いが、パルス電流として印加することが好適で
ある。

上述した如き構成において、ヒータ３に電流を印加させ
ると、ヒータ３が発熱して周囲の雰囲気を加熱し、その
結果、雰囲気中に存在する物質も加熱されて熱分解を起
して２次生成物を生成し、ヒータ３の周りの基板１乃至
は絶縁層２の表面上に堆積物５として堆積させる。この
場合に、ヒータ３は高温状態にあるので堆積物５は殆ど
堆積されないが、ヒータ３は架橋構造２ａ上に形成され
ており、その熱容量が小さいので、ヒータ３の周囲の絶
縁層２及び基板１への幅射熱の影響はかなり小さく、ヒ
ータ３の周囲の絶縁層２及び基板１はヒータ３及び架橋
構造２ａと比較して、かなりの低温状態に維持される。
従って、ヒータ３によって局所的に加熱された雰囲気中
の物質は堆積物５としてヒータ３の周りの絶縁層２及び
基板１の表面上に堆積される。そこで、本実施例におい
ては、光源（不図示）からの光を堆積物５で反射させ、
その反射光をモニタすることによって堆積物５が堆積さ
れたことを検知している。この場合に、堆積物５の堆積
量は反射光の強度に関係しており、従って、この反射光
から堆積物５の量、及び雰囲気中の含有量等を測定する
ことが可能である。

第２図は、本発明の別の実施例に基づいて構成された堆
積物検出装置を示している。本実施例も基本的には前述
した第１図の装置と同一の構成を有しているので、同一
の要素には同一の番号を付してある。即ち、第２図の装
置も、シリコン等の物質からなる基板１を有しており、
その上表面上には二酸化シリコン等からなら絶縁層２が
形成されている。本実施例においては、基板１の選択部
分をその底部から絶縁層２に到達する迄エッチングを行
い除去部１ｂを形成している。この除去部１ｂを設ける
ことによって、絶縁層２の一部に架橋構造２ａを画定し
ている。架橋構造２ａの上には、少なくとも部分的にヒ
ータ３が形成されており、従ってヒータ３の熱容量は可
及的に最小とされている。尚、第１図の場合と同様に、
ヒータ３は所望の物質から形成されており、それに電流
を流すことによってジュール発熱させる構成となってい
る。又、所望により、ヒータ３の周囲を二酸化シリコン
等の絶縁物質で取り囲む構成とすることも可能である。

第２図の構成においては、ヒータ３が雰囲気を局所的に
加熱することによって、雰囲気中に存在する物質から堆
積物５がヒータ３の近傍で絶縁層２上に堆積される。従
って、光源（不図示）からの検知用光ビーム８を絶縁層
２の架橋構造２ａ下側から照射させ、該ビームの堆積物
５を介しての透過率に基づいて耐性物５が存在すること
及び、所望により、その量を検出する。この様に、第２
図の実施例は光透過型であり、絶縁層２の架橋構造２ａ
を光が透過されるので、絶縁層２は、少なくともその架
橋構造２ａの部分が透明であることが望ましい。

第２図は、本発明に適用可能な反射型の検出装置１０を
示しており、この検出装置１０は、発光ダイオード等か
らなる光源１１と、ホトトランジスタ又はＣｄＳ等の受
光素子１２を有しており、光源１１から射出された光を
絶縁層２で反射させ、その反射光を受光素子１２で受光
して、絶縁層２上に堆積物が堆積されていることを検出
する。一方、第４図は、透過型の検出装置１０を示して
おり、この場合も、光源１１と受光素子１１とを有する
ものであるが、堆積物は光源１１から受光素子１２への
光路内に位置され、堆積物を介して通過する光量を測定
して堆積状態を検出するものである。

第５図は、本発明の反射型の具体的構成例を示したもの
であって、基台１５上の中央に堆積物検出チップ１３が
配置されており、基台１５の底部から一対の支柱１６，
１６が延在している。基台１５の上表面には、更に、保
持フレーム１７が装着されており、光源１１と受光素子
１２とを互いに離隔し並置させて保持している。更に、
保護ネット１８が略その全体を包囲して設けられてい
る。この構成においては、光源１１から射出される光が
チップ１３の堆積部で反射されて、その反射光が受光素
子１２に入射される構成となっている。又、チップ１３
としては、第１図に示した如き構成のものを使用するこ
とが可能であり、即ち、加熱部としてのヒータ３及び、
堆積物５を堆積させる絶縁層２等で構成される堆積部を
有している。従って、受光素子１２で受光される反射光
によってこの様な堆積部上に堆積される堆積物の有無及
びその量を検出することが可能である。

第６図は、同じく、本発明の透過型の具体的構成例を示
したものであって、基本的には、第５図の反射型のもの
と同じ構成を有している。従って、同一の構成要素には
同一の参照番号を付してある。本例の場合には、光源１
１が基台１５の中央部に配置されており、チップ１３は
この光源１１の上に設けられている。更に、受光素子１
２は受光素子１１の垂直上方に位置された保持フレーム
１７に保持されている。チップ１３は、前述した如く、
加熱部とそれに隣接する堆積部とを具備している。この
構成においては、光源１１からの光はチップ１３の堆積
部を通過して受光素子１２内に入射される。

第７図及び第８図は、本発明の透過型装置の別の実施例
を示しており、第８図は第７図中に示したｘ−ｘ線に沿
っての概略断面図である。本装置においても、シリコン
等の物質からなる基板１を有しており、その上表面上に
は二酸化シリコン等の絶縁層２が被着形成されている。
絶縁層２は所定の形状にパターン形成されて、開口が形
成されると共に片持梁状の張出し部２ｂのパターンが形
成されている。この開口から基板１を選択的にエッチン
グして、凹所１ａを形成しており、従って絶縁層２の一
部で形成される張出し部２ｂは空中に張り出す構成とさ
れている。張出し部２ｂを包含して絶縁層２の上に、ヒ
ータ３が所定の物質から被着形成されており、ヒータ３
は、張出し部２ｂ上に形成される発熱部３ａとそれから
延在しており絶縁層２上に形成される一対のヒータ電極
部３ｂ，３ｂとを有している。発熱部３ａは、ヒータ３
の他の部分と比較して幅狭に形成されており、その部分
での抵抗値を大きくして通電した場合にジュール発熱す
る構成とされている。又、本実施例においては、発熱部
３ａは蛇行形状に形成してあり、単位面積当りの発熱量
をかせいでいる。この様な構成とする場合には、ヒータ
３を同一の物質から形成することが可能であるので、製
造上有利である。

絶縁層２上で、凹所１ａの周囲の所定個所には感光性物
質からなる受光素子層２２が形成されている。本例で
は、この層２２はＣｄＳから構成してある。この場合、
ＣｄＳを塗布し、次いでそれを焼結処理する。受光素子
層２２の両端に夫々接続されて一対の出力電極２１ａ，
２１ｂが設けられており、出力電極２１ｂの他端にはボ
ンディングワイヤ２３が接続されている。一方、第８図
に示した如く、受光素子層２２の上方には発光ダイオー
ド等の光源１１を配設する。尚、これらの出力電極２１
ａ，２１ｂはヒータ３と同じ材料で形成すると良い。
尚、受光素子層２２は、後述する如く、堆積部として機
能する。

この様な構成においては、ヒータ３に電流を通電させる
ことによって、周囲の雰囲気が局所的に加熱される。こ
の場合に、ヒータ３の発熱部３ａ及びそれを担持する張
出し部２ｂは高温状態とされるが、これらの熱容量は小
さく、幅射熱も小さいので、それら以外の部分は比較的
低温状態に維持される。従って、受光素子層２２も比較
的低温状態に維持され、その結果、ヒータ３によって局
所的に加熱された雰囲気中の物質、特に炭素化合物、が
熱分解されて生成される２次生成物はこの受光素子層２
２上に堆積される。従って、受光素子層２２は堆積部と
して作用し、その表面上に堆積物を堆積させる。この様
に、受光素子層２２上に堆積物が堆積されると、光源１
１からの受光量が変化するので、それにより、堆積物の
有無及びその量、延いては雰囲気中に存在している炭素
化合物等の物質を検出することが可能である。

第９図は、本発明装置のシステムの１例を示しており、
透過型の堆積物検出装置３１は、光源１１と受光素子１
２との間に介在されている。装置３１は前述した如きマ
イクロヒータ形状の加熱部と、雰囲気への加熱により堆
積される堆積物を堆積させる堆積部とを有しており、光
源１１からの光は堆積部を透過して受光素子１２へ入射
される。光源１１は抵抗Ｒを介して電源３３へ接続され
ており、タイミング回路３４からの所定のタイミングに
基づいて、駆動電流が光源１１へ供給される。装置３１
のヒータにパルス電流を印加する為のヒータ電源３５が
設けられており、これはタイミング回路３６に接続され
ている。従って、ヒータ電源３５からは所定のタイミン
グでパルス電流が装置３１のヒータへ印加される。受光
素子１２からの出力は増幅器３２によって増幅され、信
号発生器３７へ供給される。

本発明に拠れば、雰囲気中に含有される微量の成分を短
時間で検出することが可能であり、又第１０図に示した
如く、検出出力Ｖoutはその濃度に依存性があるので、
その成分の含有量を算出することが可能である。第１０
図に、実線で示した如く、ヒータを駆動しない場合に
は、検出出力であるＶoutは殆ど経時的変化を示さない
が、ヒータを駆動すると、検出出力Ｖoutは、雰囲気中
の炭素化合物の含有濃度が１ｐｐｍであるか、１０ｐｐ
ｍであるか、１００ｐｐｍであるかに応じて、夫々点
線、一点鎖線、二点鎖線で夫々示した如く変化する。従
って、出力Ｖoutからその濃度を算出することが可能で
あることが分かる。

効果 以上、詳説した如く、本発明に拠れば、堆積物の有無及
びその量を検出することが可能である。又、雰囲気中に
存在する物質、特に炭素化合物、を検出することが可能
である。本装置に拠れば、高精度で且つ高速に堆積物の
検出を行うことが可能である。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に基づいて構成された反射型
の検出装置を示した概略断面図、第２図は本発明の別の
実施例に基づいて構成された透過型の検出装置を示した
概略断面図、第３図及び第４図は夫々反射型及び透過型
の検出光学系を示した各説明図、第５図は本発明の反射
型検出装置の１例を示した概略図、第６図は本発明の透
過型検出装置の１例を示した概略図、第７図は透過型検
出装置で受光素子を一体的に組み込んだ場合の実施例を
示した概略平面図、第８図は第７図中に示したｘ−ｘ線
に沿っての断面及び光源１１との位置関係を示した概略
図、第９図は本発明の透過型検出装置のシステムの１例
を示した説明図、第１０図は本発明の検出特性を示した
グラフ図、である。 （符号の説明） １：基板 ２：絶縁層 ２ａ：架橋構造 ２ｂ：張出し部 ３：ヒータ ５：堆積物 １０：検出光学系

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】雰囲気を加熱する加熱部と、前記加熱部の
   近傍に位置されており前記加熱部による加熱によって前
   記雰囲気中に存在する物質が堆積される堆積部と、前記
   堆積部上に堆積物が堆積したか否かを検出する検出手段
   とを有することを特徴とする堆積物検出装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記検出
   手段が光学的検出手段であることを特徴とする装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項におい
   て、前記加熱部は、基板の一部に架橋構造を形成してあ
   り、少なくとも前記架橋構造上に付着形成されているこ
   とを特徴とする装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項において、前記基板
   上に絶縁層を形成し、前記絶縁層を所定の形状にパター
   ン形成すると共に、前記基板を選択的にエッチングする
   ことによって前記架橋構造が形成されていることを特徴
   とする装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第３項において、前記基板
   の１表面上に絶縁層を形成すると共に、その反対表面か
   ら前記基板を選択的にエッチングして前記架橋構造を形
   成していることを特徴とする装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第３項において、前記堆積
   部も前記基板上に設定されていることを特徴とする装
   置。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第２項において、前記光学
   的検出手段が反射型であり、前記堆積部上での光の反射
   の程度によって堆積の度合を検出することを特徴とする
   装置。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第２項において、前記光学
   的検出手段が透過型であり、光が前記堆積部に堆積され
   る堆積物を透過する程度によって堆積の度合を検出する
   ことを特徴とする装置。