JPS58624B2 - 感ガス素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、選択性に優れた感ガス素子に関する。

酸化物半導体表面にガスが接触すると、酸化物半導体の
表面の比抵抗が変化することを利用した感ガス素子が知
られている。

例えば、Ｎ型半導性を示すＺｎＯ，ＳｎＯ２，Ｆｅ２Ｏ
３等に還元性ガスが接触すると抵抗値は減少し、また酸
化性ガスが接触すると、抵抗値は増加する。

またＰ型土導性を示す酸化物半導体においては抵抗値の
増減が逆の関係を示す。

上記のごとき酸化物半導体において、各種ガスとの反応
性すなわち選択性は、半導体表面温度、表面電子レベル
の構造、気孔率および気孔の大きさ等により決まるが、
一般には酸化物半導体のみでは感ガス素子として感度が
小さく、選択性も十分とは言えない。

そこで酸化物半導体にＰｔ、Ｐｄなどの触媒を添加含有
せしめ感度を上げる事が試みられている。

この場合、素子温度を選択することにより、ある程度の
選択性を得ることができる。

例えばＰｔをガス感応体に添加したものでは、イソブタ
ンガスに対しては感度が高く、水素ガス、一酸化炭素ガ
スに対してはあまり反応しない。

一方Ｐｄを添加した場合には、イソブタンガス、水素ガ
ス、一酸化炭素ガスに対して共に大きな感度を示す。

しかしながら両者ともエチルアルコールガスなどのアル
コール系ガスに対しても大きな感度を示す。

従って上記の如き素子においては、特に一般家庭では、
食物、整髪料、化粧品などにより発生するアルコール系
ガスに対しても、ＬＰＧガスと同様に感応し、実用上大
きな問題点となっていた。

本発明は上記の点に鑑みアルコール系ガスに対して感応
することなく、イソブタンガスに対して高い感度を有す
る信頼性の高いＬＰＧ用感万感ガス素子供することを目
的とする。

本発明は、一対の電極と、この電極間に設けられた酸化
亜鉛系半導体からなるガス感応体と、０．００５〜８重
量％のＲｈ及びモル比でこのＲｈの１．５〜３０倍のＰ
を含み、かつこのガス感応体表面に設けられた触媒層と
を備えた感ガス素子である。

なお本発明においてＲｈの添加量を０．００５〜８重量
％としたのは、０．００５重量％未満では、イソブタン
ガスに対する感度が小さくなり、また８重量％を越える
とアルコールガスに対しても感応し易くなるためである
。

またＰの添加量をＲｈの添加量に対しモル比で１．５〜
３０倍としたのは、１．５倍未満では、イソブタンガス
に対する感度とアルコール系ガスに対する感度との顕著
な差が表れずイソブタンガスに対する感度も小さくなり
、また３０倍を越えるとイソブタンガスなどのＬＰＧに
対する感度が小さくなるためである。

また本発明において酸化亜鉛系半導体は、酸化亜鉛単体
および酸化亜鉛を主成分として副成分が添加されてなる
酸化物半導体である。

副成分としては例えばＣｒ２Ｏ３等各種のものが用いら
れる。

いずれの場合も上記組成の触媒層を設けることにより同
様の効果を得ることができる。

以下本発明を構造例により詳細に説明する。

まず本発明に係る感ガス素子は例えば第１図に断面的に
示すごとく、筒状絶縁基体１外周面に一対の電極２を有
し、前記筒状絶縁基体１および電極２を被覆するように
酸化亜鉛系半導体からなるガス感応体３が設けられてい
る。

さらに前記ガス感応体３表面には所定量のＲｈおよびＰ
を含むシリカ・アルミナからなる触媒層４が設けられて
いる。

また前記のように構成された感ガス素子は例えば第２図
に斜視的に示す如くピン呈上に組立てられる。

なお、第２図中５はリード線を６は絶縁板を７はヒータ
ーを示す。

ヒーター７はガス感応体の感度を向上させるために設け
られたものであり、必要に応じ適宜設けることができる
。

なお触媒層４はガス感応体３表面を必ずしも全面的に被
覆していなくともよい。

また上記においては触媒層の担体としてシリカアルミナ
を用いたが、他に適宜選択してもよく、さらに担体を用
いない場合も同様の効果が得られる。

本発明に係る感ガス素子は例えば以上の如く製造される
。

例えば酸化亜鉛系半導体としてＺｎ０Ｃｒ２０３系を用
いる場合、ＺｎＯおよびＣｒ２Ｏ３粉末を所定組成比で
秤取し、混合したのち水またはバインダーを加えペース
ト状とし、第１図に示すごとく一対の電極２を設けた絶
縁基板１に塗布し乾燥後３００〜１１００℃で焼成しガ
ス感応体を形成する。

一方、触媒層は例えばＲｈＣｌ３・３Ｈ２ＯとＨ３ＰＯ
４、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４１を加えての適当なｐＨの水溶液
を作り、本発明の組成範囲内となるように混合し、これ
を担体としてのシリカ・アルミナ粉末を加え泥漿とする
。

この泥漿をよく混合、乾燥した後、３００℃〜１０００
℃で焼成し、粉砕し微粉末とする。

この微粉末に水と適当なバインダーを加えペースト状と
した後、前記ガス感応体表面に塗布、乾燥し３００〜１
０００℃で焼成して本発明に係る感ガス素子が得られる
。

次に上記の如き本発明に係る感ガス素子の諸行性を測定
し、第３図および第４図に示す。

第３図は本発明に係る感ガス素子におけるＲｈおよびＰ
の添加量に対する０、２ｖｏ１％のイソブタンガスに対
する感度を示す。

なお感度は空気中における抵抗値Ｒ０とガス中における
抵抗値Ｒｇとの比をＲｏ／Ｒｇとして示したものであり
、その値が大きい程ガス検出が容易である。

また第４図は０．２ｖｏ１％のアルコールガスに対する
感度Ｒｏ／Ｒｇを示す。

第３図および第４図から明らかな如く、触媒層における
Ｒｈ、Ｐの添加量が本発明範囲内ではイソブタンガスに
対し優れた感度を示し、アルコールガスには、はとんど
感応しない。

次に触媒を用いない場合、Ｐのみを含む触媒層を用いた
場合、Ｒｈのみを含む触媒層を用いた場合および本発明
の如く、ＰおよびＲｈを含む触媒層を用いた場合の感ガ
ス素子について、０．２ｖｏ１％の各種ガスに対する感
度Ｒｏ／Ｒｇを測定し、第１表に示す。

この結果第１表から明らかな如く、無触媒の場合、全搬
的に感度が低くイソブタンガスよりもアルコールガスに
対する感度が高いものとなっている。

またＰのみあるいはＲｈのみを含む触媒層を用いた場合
も同様の傾向を示し、イソブタンガスのみを検出するこ
とは困難であった。

これに対し本発明に係る感ガス素子ではイソブタンガス
のみに対し優れた感度を示し、他のガスに対してはほと
んど感度が変らず選択性に優れたものと言える。

このように本発明において優れた選択性を示す原因は明
らかではないが、ＲｈとＰとが混合されるため反応性が
高く、触媒層の製造工程で添加されたＲｈとＰの少なく
とも一部が化合物化されているためと考えられる。

また上記実施例においてはガス感応体としてＺｎＯ−Ｃ
ｒ２Ｏ３系半導体を用いたが、必要に応じ他の酸化亜鉛
系半導体を用いても同様の効果を有することは言うまで
もない。

本発明に係る感ガス素子においては、上記以外に以下に
示す如き効果を併せもつ、 １）ヒーター電圧が±１０％程度の変動を生じても、イ
ソブタンガス中におけるＲｇはほとんど影響を受けず、
ヒーター電圧安定化回路が不要となる。

２）長期間の放置における空気中の雑ガスの吸着による
誤動作（初期警報）がなくなる。

つまり従来は長期間未使用状態で放置すると雑ガスがガ
ス感応体表面に吸着し、再通電時に被検出ガスがない場
合でも警報を発する場合があった。

これに対し本発明においては長期間の放置により素子抵
抗の減少を生じるものの、その幅が極めて小さいため警
報を発する事がない上、定常レベルへの復帰も早い。

さらに本発明においては触媒層とガス感応体とが分離さ
れているため製造が容易である上、経時特性にも優れる
という利点を有する。

なおＲｈおよびＰをガス感応体中に混合した場合も選択
性の点においては従来のものに比べ向上するものと思わ
れる。

以上の如く本発明に係る感ガス素子を用いることにより
、イソブタンガスのみに対し高い感度を有するため、Ｌ
ＰＧ用感万感万感ガス素子用上極めて有効なものと言え
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る感ガス素子の構成例を示す断面図
、第２図は本発明に係る感ガス素子を用いる装置例を示
す斜視図、第３図および第４図は本発明に係る感ガス素
子の特性例を示す曲線図。 ３・・・・・・ガス感応体、４・・・・・・触媒層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の電極と、この電極間に設けられた酸化亜鉛系
   半導体からなるガス感応体と、０．００５〜８重量％の
   Ｒｈ及びモル比でこのＲｈの１．５〜３０倍のＰを含み
   、かつこのガス感応体表面に設けられた触媒層とを具備
   したことを特徴とする感ガス素子。