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JP2962010B2 - オゾンセンサ - Google Patents
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JP2962010B2 - オゾンセンサ - Google Patents

オゾンセンサ

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JP2962010B2
JP2962010B2 JP31895491A JP31895491A JP2962010B2 JP 2962010 B2 JP2962010 B2 JP 2962010B2 JP 31895491 A JP31895491 A JP 31895491A JP 31895491 A JP31895491 A JP 31895491A JP 2962010 B2 JP2962010 B2 JP 2962010B2
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ozone
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mol
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弘一 立花
章良 服部
克也 森仲
昭彦 吉田
信幸 吉池
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はオゾン発生機やオゾン利
用機器におけるオゾン濃度の制御、あるいはオゾン検知
用に用いる小型軽量のオゾンセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】オゾンは強力な酸化作用を有するため、
従来より脱臭、殺菌などの目的で上下水道水処理、医
療、食品工業など多くの分野で利用されている。しか
し、オゾンはごく微量でも人体に対して有害であるた
め、発生量の制御や漏洩オゾンの検知を確実に行なう必
要がある。
【0003】従来、オゾン濃度の測定、検知には、もっ
ぱら酸化還元滴定法や吸光光度法、紫外線吸収スペクト
ル法などが用いられてきた。
【0004】これに対して、より簡便なオゾン濃度測定
法としてIn23を用いたセンサ素子が提案されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のオゾン検出方法は、一般に大がかりな装置、煩雑な
操作を必要とし、しかも高価であるため簡単には利用で
きないという欠点を有している。一方、簡便なセンサ素
子の材料として提案されたIn23は、低温で比較的高
感度が得られる反面、熱的にやや不安定であり、長期安
定性に問題があった。
【0006】本発明はこのような課題を解決するもの
で、信頼性が高く、かつ安価で簡便なオゾンセンサを提
供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、Sn含有量がInとSnの総量の3
〜10mol%であるIn23とSnO2を主体とする
材料からなる膜状のガス感応体を有するセンサ素子を採
用することにより、素子抵抗、感度、作動温度などに優
れた特性を示す、信頼性の高い小型軽量で安価なセンサ
素子を実現するようにしたものである。
【0008】
【作用】この構成のオゾンセンサは、Sn含有量がIn
とSnの総量の3〜10mol%であるIn23とSn
2を主体とする材料からなる膜状のガス感応体を用い
るため、オゾンに対する感度、応答性に優れるとともに
熱的にも安定で、高い信頼性を有している。また、セン
サ素子の小型軽量化が容易にできるため、取り扱いが容
易でしかも低価格のセンサ素子を提供することができる
こととなる。
【0009】
【実施例】以下に本発明の一実施例のオゾンセンサを図
面を参照しながら説明する。図1(a),(b),
(c)に本実施例のオゾンセンサの構成を示す。図1
(b)は図1(a)のA−A’線断面図である。アルミ
ナ基板(3×5×0.5mm)1上にInとSnの有機金
属化合物を主体として調製した塗布液をアルミナ基板に
塗布し、600℃で焼成して形成したIn23とSnO
2からなるガス感応体(2×5mm,厚さ約700Å)2
が設けられている。感応体2の組成とオゾンセンサの諸
特性の関係をみるために、Sn含有量がInとSnの総
量の0,1,2,3,5,7,10,15,20(mo
l%)となるように各塗布液を調製し、感応体2を作製
した。アルミナ基板にはあらかじめ感応体接合部分の幅
が1mmになるよう白金電極3をスパッタで形成してあ
り、アルミナ基板1の反対側には素子加熱用の白金ヒー
タ4がスパッタ法で形成されている。
【0010】上記のようにして作製した各センサ素子の
空気中、350℃における素子抵抗とSn含有量の関係
を図2に示す。図2よりSn含有量が3mol%未満で
は、素子抵抗が極めて大きくなることがわかる。また、
10mol%を越えても素子抵抗が増大する傾向が認め
られる。素子抵抗はあまり大きくなっても実用上使いに
くい点があり、数kΩ以下に抑えることが望ましい。こ
のように、Sn含有量は3mol%以上で20mol%
を越えない範囲が望ましいと考えられる。
【0011】つぎに、作製したセンサ素子についてオゾ
ンに対する応答特性を測定した。石英ガラス製測定管中
にセンサ素子を固定し、ヒータによって素子温度を所定
の値に制御して、空気と1ppmのオゾンを含む空気を
交互にセンサ素子に流通接触させたときのセンサ素子の
抵抗変化を測定した。空気中におけるセンサ素子抵抗を
A、オゾンを含む空気に変えて1分後のセンサ素子抵
抗をRG1としてRG1/RAを求めてセンサ感度とした。
図3に、このようにして求めた各組成のオゾンセンサが
示す温度と感度の関係を示す。Sn含有量が1mol%
および3mol%の素子の特性は図示していないが、S
n含有量が1mol%の素子の特性は0mol%の素子
の特性に、また3mol%の素子の特性は5mol%の
素子の特性にそれぞれほぼ等しかった。この結果より、
Sn含有量が少ないと低温での感度が相対的に高くなる
ことが明かになった。センサが低温で高いガス感度を有
することは実用上有利な点であり、この点から考えると
Sn含有量が10mol%を越えない方が望ましいとい
える。
【0012】さらに、上記のセンサを用いて素子抵抗の
復帰速度を評価した。復帰速度はオゾンを含む空気から
空気に戻したときに素子抵抗が変化する速さのことで、
式(RG3−RA’)/(RG3−RA)×100(%)で定
義する抵抗復帰率で評価した。ただし、RAは空気中の
素子抵抗、RG3は空気からオゾン含有空気に変えて3分
後の素子抵抗、そしてRA’はオゾン含有空気から再び
空気に戻して1分後の素子抵抗である。オゾン濃度は1
ppm、センサ素子温度は350℃とした。測定結果を
図4に示す。図に示すように、Sn含有量が10mol
%以下では抵抗復帰率は比較的大きく、しかも組成によ
る違いはあまりないが、10mol%を越えると抵抗復
帰率が低下することが明かになった。抵抗復帰速度が速
いことも実用上有利であり、その点でもSn含有量は1
0mol%以下とするのがよいと考えられる。
【0013】ついで、素子の熱的安定性を評価するため
に感度の経時変化を測定した。ヒータに連続通電してセ
ンサ素子を400℃に加熱保持し、200時間毎に前記
と同様の方法で350℃における電気抵抗変化を測定
し、計1000時間にわたりセンサ感度(RG1/RA
の経時変化を測定した。測定結果を図5に示す。Sn含
有量が7mol%および15mol%の素子の特性は図
示していないが、5〜20mol%の素子と同様に経時
変化はほとんどなく安定した特性を示した。この結果、
Sn含有量が2mol%以下の範囲においては、Sn含
有量が少なくなるほどセンサ感度に大きな経時変化が生
じることが判明した。これに対して、Sn含有量が3m
ol%以上になるとほとんど経時変化が認められず、こ
れらのセンサは熱的にも非常に安定した特性を有してい
ることが明らかになった。また、ヒータの劣化もなく、
長期間安定した作動を保証するものであることも明らか
になった。
【0014】以上の実施例のように、Sn含有量がIn
とSnの総量の3〜10mol%であるIn23とSn
2を主体とする材料で形成した膜状のガス感応体を有
するオゾンセンサは優れた感度特性を有し、かつ長期に
わたって安定した動作が期待できる。
【0015】なお、本実施例ではガス感応体作製法とし
て塗布法を用いた場合について述べたが、オフセット印
刷その他の印刷法やスピンコート法などの湿式製膜法、
あるいはスパッタ、真空蒸着などの乾式製膜法を用いる
ことができ、いずれの場合にも高活性なガス感応体を作
製することが可能である。
【0016】また、ガス感応体出発材料は本実施例に限
らず製膜に適したものを適宜選択して用いることが可能
である。センサ素子各部の構造や構成あるいは基板材
料、電極材料およびヒータ材料も発明の主旨に反しない
限りにおいて自由に設計あるいは使用することができる
ものである。
【0017】
【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に、Sn含有量がInとSnの総量の3〜10mol%
であるIn23とSnO2を主体とする材料からなる膜
状のガス感応体を有するセンサ素子を採用することによ
り、ガス検知特性に優れるとともに熱的安定性にも優
れ、小型軽量かつ安価であるため、オゾン発生機やオゾ
ン利用機器におけるオゾン濃度制御、あるいはオゾン検
知などの用途に適するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施例のオゾンセンサの構
成を示す平面図 (b)は図1(a)A−A’線断面図 (c)は同オゾンセンサの背面図
【図2】同オゾンセンサのSn含有量と素子抵抗の関係
を示す図
【図3】同オゾンセンサの温度とセンサ感度の関係を示
す図
【図4】同オゾンセンサのSn含有量と抵抗復帰率の関
係を示す図
【図5】同オゾンセンサのセンサ感度の経時変化を示す
【符号の説明】
1 基板 2 ガス感応体 3 電極 4 ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 吉池 信幸 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−152258(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板の一方の面上に形成された一対の
    電極と、前記一対の電極に接してIn23とSnO2
    主体とする材料で形成した膜状のガス感応体を有し、絶
    縁基板のもう一方の面上にヒータを形成したセンサ素子
    にあって、Sn含有量がInとSnの総量の3〜10m
    ol%であるオゾンセンサ。
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CN120195237B (zh) * 2025-05-26 2025-08-19 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于刻蚀氧化铟锡膜的臭氧传感器及制备方法和应用

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