(57)【要約】【課題】本発明は水素雰囲気下においても精度良く圧力を検出することができ、１０ＭＰa以上の高い水素圧力下の状況においても信頼性の高く、製造コストが安い圧力検出素子を提供する目的としている。【解決手段】本発明は、セラミックスからなる第１の粒子を主体とした母材中に前記第１の粒子とは導電性が異なる第２の粒子が分散した水素雰囲気下での圧力を検出する圧力検出素子であって、前記第１の粒子と第２の粒子との加圧による接触状態の変化により電気抵抗が変化する特性を有することを特徴とする圧力検出素子である。かかる圧力検出素子によれば、圧力検出素子に圧力が加わると、第１の粒子と第２の粒子の接触界面における接触状態の変化により作用する圧力に応じて接触抵抗が変化し、圧力検出素子の電気抵抗が変化する。材料がセラミックスで構成されているため、水素雰囲気下においても信頼性の高い圧力検出素子を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる第１の粒子を主体とした母材中に前記第１の粒子とは導電性が異なる第２の粒子が分散した水素雰囲気下での圧力を検出する圧力検出素子であって、前記第１の粒子と第２の粒子との加圧による接触状態の変化により電気抵抗が変化する特性を有することを特徴とする圧力検出素子。
【請求項２】
前記第１の粒子が、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、コージェライト、アルミニウムチタネートのいずれか一種またはそれらの二種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力検出素子。
【請求項３】
前記第２の粒子が、カーボン、炭化珪素、酸化錫、酸化インジウム、酸化銀、酸化銅、IV、V、VI族の遷移金属元素の炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、酸化物及びこれらの化合物で構成される複合化合物の一種またはそれらの二種以上を含むことを特徴とする圧力検出素子。    
【請求項４】
前記第１の粒子が窒化珪素、前記第２の粒子がカーボンである請求項１に記載の圧力検出素子。
【請求項５】
前記第１の粒子が炭化珪素、前記第２の粒子がカーボンである請求項1に記載の圧力検出素子。
【請求項６】
相対する一対の端面を有するとともに該端面には一対の電極が接合され、前記電極にはリード線が接続されている請求項１に記載の圧力検出素子
【請求項７】
前記電極の表面及びリード線の外周面には水素が透過しがたい水素透過防止部が形成されている請求項６に記載の圧力検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出素子に関し、特に水素雰囲気下での圧力を検知する圧力検出素子に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化ガス削減対策として燃料電池の早期実用化が望まれており、数多くの研究開発がなされている。燃料電池の実用化のためには燃料となる水素の管理が重要であり、水素の濃度や圧力を正確に検知する技術が必要となってきている。
【０００３】
従来から圧力センサとしては、金属または半導体素子を用いたセンサが使用されており、中でもシリコン単結晶や炭化珪素等からなる半導体圧力検出素子は、金属歪ゲージと比較し、圧力感度が数桁優れることから幅広い応用がなされている。材料に圧力を加えると電気抵抗が変化する現象は、ピエゾ抵抗効果として知られており、上記の半導体圧力検出素子はシリコン単結晶や炭化珪素を感圧体として用い、そのピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出している。
【０００４】
これらの半導体圧力検出素子は受圧ダイヤフラムを有し、受圧ダイヤフラム上に感圧体となるシリコンや炭化珪素を配設して、この受圧ダイヤフラムの弾性変形によって感圧体であるシリコンや炭化珪素に応力を加え、その電気抵抗変化を検知して圧力を検出している。
【０００５】
しかし水素雰囲気の環境では、このダイヤフラムに水素原子の一部が吸着すると、ダイヤフラムを拡散、透過してのダイヤフラム内部に水素ガスとして溜まってしまう問題があった。ダイヤフラム内部にガスが溜まると、その内圧が変化するため正確な測定が出来なくなったり、水素脆化によってダイヤフラム自体の機械的な特性が低下し測定不能になってしまうという問題があった。
【０００６】
この問題を解決するために、特許文献１には受圧ダイヤフラムの表面に水素原子透過防止金属層を形成するため、例えばめっき、コーティング等でその表面に金やタングステンが被覆された構成の半導体圧力検出素子が記載されている。また、特許文献２では、上記水素原子透過防止金属層に加えて、チタン、クロム、タングステン等からなる中間金属層およびＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＯ２等からなる絶縁層で順次コーティングされた構成の半導体圧力検出素子が記載されている。また、特許文献３には、受圧ダイヤフラムにシール部材を設け、ダイヤフラムが直接測定雰囲気に接触しない構造の半導体圧力検出素子が開示されている。しかし、特許文献１の半導体圧力検出素子ではその受圧ダイヤフラムの表面を被覆する水素原子透過防止金属層の水素原子透過防止が十分でなく信頼性が低いこと、また、特許文献２の半導体圧力検出素子では水素原子透過防止金属層を形成するため多層のコーティングが必要となりコストが非常に高くなってしまうこと、また、特許文献３の方法ではシール部材の劣化とともに半導体圧力検出素子の寿命が低下するという問題がある。また、本願発明者らが、上記特許文献１〜３に係る半導体圧力検出素子を水素分圧が１０ＭＰａ以上の高圧に晒しその性能を確認したところ、極端に寿命が低下するといった問題があることが判った。
【特許文献１】実開昭６２-８６５２８号公報
【特許文献２】特開平５-２０９８００号公報
【特許文献３】特開２００２−３１８１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来の圧力検出素子では、測定精度の面では問題ないものの水素雰囲気下では水素脆化の問題があるため特に信頼性の面で問題がある。さらに信頼性を高めようとするとコスト面の問題が生じる。そこで本発明は、水素雰囲気下、特に１０ＭＰａの高圧下においても信頼性が高くかつ良好な精度で圧力を検出することができる圧力検出素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、セラミックスからなる第１の粒子を主体とした母材中に前記第１の粒子とは導電性が異なる第２の粒子が分散した水素雰囲気下での圧力を検出する圧力検出素子であって、前記第１の粒子と第２の粒子との加圧による接触状態の変化により電気抵抗が変化する特性を有することを特徴とする圧力検出素子である。かかる圧力検出素子によれば、図1（ａ）に示す圧力検出素子に圧力が作用していない又は圧力が低い状態に対し、同図（ｂ）に示す作用する圧力が増加した状態では、第１の粒子１１と前記第１の粒子とは導電性が異なる第２の粒子１２との接触面積が増加するなど両者の接触状態が変化する。この作用する圧力に応じた接触状態の変化により第１の粒子１１と第２の粒子１２の界面の接触抵抗が変化し、その結果、作用する圧力に応じて圧力検出素子の電気抵抗が変化する。この圧力検出素子は化学的に安定で水素脆化を起こさないセラミックス材料で構成されているため、水素雰囲気下においても水素脆化による素子特性の劣化が少ない。その結果、本発明に係る圧力検出素子によれば、信頼性が高くかつ良好な精度で圧力を検出することができる。
【０００９】
さらに上記第１の粒子が、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、コージェライト、アルミニウムチタネートのいずれか一種またはそれらの二種以上を含むセラミックスであることが望ましい。これらの機械的強度が高く化学的に安定な材料から第１の粒子を選定することにより上記圧力検出素子を高強度化することができ、特に１０ＭＰａ以上の高い水素圧下でも信頼性の高い圧力検出素子が構成することができる。
【００１０】
さらに上記圧力検出素子において、第２の粒子の材料は、カーボン、炭化珪素、酸化錫、酸化インジウム、酸化銀、酸化銅、IV、V、VI族の遷移金属元素の炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、酸化物及びこれらの化合物で構成される複合化合物の一種、または、それらの二種以上を含むものを選択することが好ましい。これら導電性が高い材料から第２の粒子を選択することにより、第１の粒子と第２の粒子の差が大きくなり、加圧時に接触抵抗が変化した際の電気抵抗変化率が大きくすることができる。その結果、より圧力感度の高い圧力検出素子が構成することができる。
【００１１】
さらに上記圧力検出素子は、母材を構成する第１の粒子が窒化珪素、第２の粒子がカーボンであることが好ましい。母材を構成する第１の粒子を、高温下における機械的強度、および化学的安定性の極めて高い窒化珪素とし、第２の粒子を高い電気的導電性を有するカーボンとすることにより、特に高水素圧下において高い耐久性と、高い圧力感度を具現可能な圧力検出素子が構成される。
【００１２】
さらに上記圧力検出素子は、母材となる第１の粒子が炭化珪素、第二の粒子がカーボンであることが好ましい。母材を構成する第１の粒子を高温下における機械的強度、及び化学的安定性の極めて高い炭化珪素とし、第２の粒子を高い電気的導電性を有するカーボンとすることにより、特に高水素圧下において高い耐久性と、高い圧力感度を具現可能な圧力検出素子が構成される。
【００１３】
上記圧力検出素子は、相対する一対の端面を有するとともに該端面には一対の電極が接合され、前記電極にはリード線が接続されていることが望ましい。上記圧力検出素子によれば、ダイヤフラム等の構成要素によらず第１及び第２の粒子の接触状態の変化で圧力を検出することができ、上記のように電極とリード線を接続するだけの簡易な構造で検出した圧力変化を取り出すことができる。その結果、圧力検出素子の構成を単純にすることが可能となり、低コスト化を図ることができる。
【００１４】
さらに上記圧力検出素子は、電極の表面及びリード線の外周面には水素が透過しがたい水素透過防止部が形成されている構成であることが望ましい。上記構成とすることで主として金属部材からなる電極やリード線に水素が直接触れることを防止することができ、電極やリード線が水素脆化を生じ難く、より信頼性の高い圧力検出素子を得ることができる。ここで、上記水素透過防止部は、水素が透過し難い有機物である樹脂や無機物であるセラミックス等を電極の表面やリード線の外周面に膜状に形成することにより設けることができる。また、かかる樹脂としては例えばナイロン系樹脂を使用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、セラミックスからなる第１の粒子と、前記第１の粒子とは導電性が異なる第２の粒子の接触状態により作用する圧力を検出する圧力検出素子を提供できる。この圧力検出素子は、化学的に安定で水素脆化を起こさないセラミックスで構成されているため、水素雰囲気下でも信頼性高くかつ良好な精度で圧力を検出することができる。また、かかる圧力検出素子は機械的強度が高いセラミックスで構成されているので高い強度を有し、１０ＭＰa以上の高い水素圧にも耐えることができる。さらに、ダイヤフラム等の構成部材を必要とせず、電極とリード線を接合するだけの簡易な構造で圧力を検出できるので検出装置の構造を簡素化でき、低コストで製造可能な圧力検出素子を提供することができる。さらに、電極及びリード線に外周面に水素が透過しがたい水素難透過性部が形成されている構成とすることで、電極やリード線に水素が直接触れることが無くなり、圧力検出素子を構成する全ての部位が水素脆化を起こさず、より信頼性の高い圧力検出素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明をその実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１７】
(実施例１)
実施例１は第１の粒子に絶縁性の窒化珪素、第２の粒子に炭化珪素を用いて、図３（a）に示したように、水素タンクの内側に圧力検出素子を配設し、１軸で圧力を受ける構成とした例である。
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を３８．０ｇ、β-ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を３．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体を3点曲げ強度試験片として４ｍｍ×３ｍｍ×３０ｍｍの試験片に加工した。また、焼結体を３ｍｍ角、長さ６ｍｍの大きさに加工し、３ｍｍ角の面に厚さ１ｍｍのタングステン電極１３を、７６５℃、真空度１０−１Ｐａ以下、加圧力０.１ＭＰaの条件で１５分キープしてロウ付けし、（上記ロウ材としては、田中貴金属製のＴＫＣ―５９１ペーストを使用した（以下の実施例及び比較例で同じ。））該タングステン電極１３にΦ０．６ｍｍの銅リード線１４をスポット溶接した後、電極部及びリード線を水素が透過し難いナイロン系樹脂で被覆し、圧力検出素子１を得た。
［評価方法］
３点曲げ試験は、ＪＩＳＲ１６０１に基づいて行った。ただし、支点間距離は２６ｍｍとした。圧力の計測は、図３（a）に示したように、７０ＭＰａ用の水素タンク容器に穴を開けて、容器内部の側面に圧力検出素子の受圧面がタンクの内壁と段差が生じないように配設し、その周囲をハーメチックシール（ダイトエレクトロン製：ＨＭＳ０２-１４Ｓ-ＸＸＰ）して信号を取り出した。水素ガスを０〜７０ＭＰaの範囲で充填し、その時の電気抵抗変化率、及び測定精度をミリオームメーター（日置電機製、型番：３５４１）で測定した。ここで、電気抵抗変化率は１ＭＰaあたりの電気抵抗変化率、測定精度とは、圧力検出素子１が検出した圧力の真の圧力に対する誤差のことである。耐圧・耐久性試験はタンク内の圧力を７０ＭＰaに設定し、圧力検出素子が測定不能になるまでの時間を計測した。（最大１０００時間）
［測定結果］
測定結果を表1に示す。電気抵抗率の変化率は０．００６（％/ＭＰａ）、３点曲げの破壊強度は８１０（ＭＰａ）、測定精度は±５％の値が得られ、７０ＭＰaの水素圧力に１０００時間晒しても圧力検出素子の特性が劣化することは無かった。
【００１８】
(実施例２)
実施例２は第１の粒子に絶縁性の窒化珪素、第２の粒子に炭化珪素を用いて、図３（ｂ）に示したように、水素タンクの内部に圧力検出素子を配設し、３軸で圧力を受ける構成とした例である。また、実施例２〜１４では図３（ｂ）と同様の構成で特性を評価した。
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を３８．０ｇ、β-ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を３．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例１と同様の方法で圧力検出素子１を得た。
［評価方法］
圧力の計測は図３（ｂ）に示したように、７０ＭＰａ用の水素タンク容器の内部に圧力検出素子１を配設し、穴を開けてリード線を通しハーメチックシール（ダイトエレクトロン製：ＨＭＳ０２-１４Ｓ-ＸＸＰ）したＭ１４のボルトを締め付けて、信号を取り出した。この後の特性評価方法は実施例１と同様の方法で評価した。なお、以下の実施例２〜１４でも同様な方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００１９】
実施例３〜７は第１の粒子に絶縁性の窒化珪素、第２の粒子にカーボンを用いた例である。
【００２０】
（実施例３）
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を３９．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を２．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。ここで、窒素雰囲気中で焼結した理由は、ＣとＳｉ３Ｎ４が反応してＳｉＣが析出することを防止するためである。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００２１】
(実施例４)
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を３８．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を３．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００２２】
(実施例５)
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を３５．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を６．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００２３】
(実施例６)
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を３２．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を９．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００２４】
(実施例７)
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を２９．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を１２．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００２５】
(実施例８)
実施例８は第１の粒子に絶縁性の窒化珪素、第２の粒子に炭化珪素とカーボンを用いた例である。
α-Ｓｉ３Ｎ４粉末（宇部興産製、型番：Ｅ１０、平均粒径０．５μｍ）を３８．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を３．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。乾燥後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成し、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結を行った。ここで、本実施例において、アルゴン雰囲気中で成形体を焼結したのは、ＣとＳｉ３Ｎ４を反応させてＳｉＣを析出させ、母材であるＳｉ３Ｎ４の中にＳｉＣ及びＣが分散した圧力検出素子を得るためである。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表１に示す。
【００２６】
実施例９〜１３は、母材となる第１の粒子に導電性の炭化珪素、第二の粒子にカーボンを用いた例である。
【００２７】
（実施例９）
β-ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を４０．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を１．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００２８】
(実施例１０)
β-ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を３８．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を３．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００２９】
(実施例１１)
β-ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を３５．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を６．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００３０】
(実施例１２)
β-ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を３２．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を９．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００３１】
(実施例１３)
β-ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を２９．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を１２．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００３２】
(実施例１４)
実施例１４は第１の粒子に導電性の炭化珪素を、第２の粒子に窒化チタンを用いた例である。
β-ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を１７．０ｇ、ＴｉＮ粉末（フルウチカガク製、型番：ＴｉＣ７２２０６Ａ）を２４．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。混合粉を乾燥した後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成した。その成形体を、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体から実施例２と同方法で圧力検出素子１を得て、同一方法で評価した。測定結果を表1に示す。
【００３３】
（比較例１）
比較例１は市販のピエゾ式圧力センサを用いた例である。
長野計器製圧力センサＫＨ−１７−３３４を用いて水素タンクにΦ１６．５ｍｍの穴を空け、ねじ止めして設置した。ねじ止めの部位は水素が漏洩しないようにハーメチックシールでシールした。評価方法は実施例１と同一方法で評価した。測定結果を表１に示す。７０ＭＰaの水素圧力で２４時間を超えると圧力を検出することが出来なくなってしまった。
【００３４】
（比較例２）
比較例２は市販のピエゾ式圧力センサの受圧ダイヤフラムにＡｕの保護層を設けた例である。
ダイヤフラム式の圧力センサにおいて、シールダイヤフラムの表面にＡｕめっきを施し、Ａｕ保護層を設けた圧力検出素子を作製した。そして水素タンクにΦ１６．５ｍｍの穴を空け、ねじ止めして設置した。ねじ止めの部位は水素が漏洩しないようにハーメチックシールでシールした。評価方法は実施例１と同一方法で評価した。測定結果を表１に示す。７０ＭＰaの水素圧力で３５０時間を超えると圧力を検出することが出来なくなってしまった。
【００３５】
（比較例３）
比較例３は市販のピエゾ式圧力センサの受圧ダイヤフラムにＡｕめっきを施した例である。
ダイヤフラム式の圧力センサにおいて、シールダイヤフラムの表面に、図４に示すように、水素透過防止金属層としてＡｕを３μｍ厚さに、中間金属層としてＴｉを０．５μｍ厚さに、更に、絶縁層としてＳｉＣ（シリコンカーバイト）を０．８μｍ厚さに形成した圧力検出素子を作製し、水素タンクにΦ１６．５ｍｍの穴を空け、受圧部がタンク内に接するようにねじ止めして設置した。ねじ止めの部位は水素が漏洩しないようにハーメチックシールでシールした。評価方法は実施例１と同一方法で評価した。測定結果を表１に示す。７０ＭＰaの水素圧力で７４０時間を超えると圧力を検出することが出来なくなってしまった。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
本発明の実施例では、いずれの構成であっても、電気抵抗率の変化率が０．００６（％/ＭＰａ）以上と圧力感度が高く、３点曲げ強度が１００（ＭＰａ）以上と機械的強度の高い圧力検出素子が実現でき、７０ＭＰaの高水素圧力下においても、１０００時間以上圧力を検出可能な信頼性の高い圧力検出素子を得ることができた。また、第２の粒子を導電性を有するＣ、ＳｉＣ、ＴｉＮから選択したり、又はＣの添加率により、圧力検出素子の電気抵抗変化率や機械強度は任意に調整可能である。また、実施例１と実施例２から、３軸で圧力を受けることで１軸で圧力を受ける構成とした場合よりも約２倍の電気抵抗変化率が得られることを示した。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の圧力検出素子はセラミックスからなるため、水素雰囲気下における圧力を検出することができる。また、構造上、静水圧の計測も可能である。また、用途に応じて圧力感度を高めたり、機械強度を高めたりすることができる。そのため、水素の流路となる部位の圧力の検出や、水素を貯蔵する水素タンク内の圧力検出などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の圧力検出素子の検出原理を示す模式図である。
【図２】本発明の圧力検出素子の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の圧力検出素子の評価方法の構成を示す模式図である。
【図４】従来の圧力検出素子の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：圧力検出素子、１１：第１の粒子、１２：第２の粒子、１３：電極、１４：リード線、
１５：圧力検出材料、２１：ハーメチックシールボルト、３１：水素タンク内壁、３２：水素タンク外壁、
１００：従来のダイヤフラム、１０１：中間金属層、１０２：ダイヤフラム本体、１０３：シールダイヤフラム
１０４：水素透過防止膜、１０５：絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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