(57)【要約】    【課題】  小型で、かつ、簡易な気体センサを提供する。    【解決手段】  本発明は、第一の面および第二の面を備える、耐熱性の可撓性支持体と、第一の金属からなる第一の導体パターンと、前記第一の金属とは異なる第二の金属からなる第二の導体パターンとを含む熱電堆パターンであって、前記第一の導体パターンの一の端部と前記第二の導体パターンの一の端部とが連接した連接部を介して連なり、前記第一の面に配設された熱電堆パターンと、前記第二の面に面状に配設される、気体の酸化反応に対して触媒作用を有する材料からなる薄膜と、を備え、前記支持体を介して、前記薄膜の形成領域に対向する第一の面上の領域内に、前記連接部が包含され、前記対向する第一の面上の領域を超えた外側に、前記熱電堆パターンが延在する、気体センサを開示する。【選択図】    図２
2005183795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の面および第二の面を備える、耐熱性の可撓性支持体と、
第一の金属からなる第一の導体パターンと、前記第一の金属とは異なる第二の金属からなる第二の導体パターンとを含む熱電堆パターンであって、前記第一の導体パターンの一の端部と前記第二の導体パターンの一の端部とが連接した連接部を介して連なり、前記第一の面に配設された熱電堆パターンと、
前記第二の面に面状に配設される、気体の酸化反応に対して触媒作用を有する材料からなる薄膜と、を備え、
前記支持体を介して、前記薄膜の形成領域に対向する第一の面上の領域内に、前記連接部が包含され、前記対向する第一の面上の領域を超えた外側に、前記熱電堆パターンが延在する、気体センサ。
【請求項２】
前記熱電堆パターンは、前記第一の導体パターンと前記第二の導体パターンとが交互に連接するように、前記第一の導体パターンの他の端部と連接する別の第二の導体パターンを、または前記第二の導体パターンの他の端部と連接する別の第一の導体パターンを、さらに備える、請求項１に記載の気体センサ。
【請求項３】
前記気体が水素であり、前記気体の酸化反応に対して触媒作用を有する材料が、白金である、請求項１または２に記載の気体センサ。
【請求項４】
前記第一の金属がコンスタンタンであり、前記第二の金属が、銅めっきされたコンスタンタンである、請求項１ないし３のうち何れか一項に記載の気体センサ。
【請求項５】
前記第一の金属がニッケルである、前記第二の金属が、銅めっきされたニッケルである、請求項１または３のうち何れか一項に記載の気体センサ。
【請求項６】
請求項１ないし５のうち何れか一項に記載の気体センサと、熱抵抗体とを備え、
前記気体センサを前記熱抵抗体に対して巻回させたセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体センサに係り、より詳細には、熱電堆パターンを備える水素センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を使用した自動車の研究開発が国際的に広く推進されているが、数多の課題が指摘されている。大きな課題の一つが、燃料電池に使用される水素ガスの漏洩を検知でき、安価で、しかも信頼性の高いセンサを提供することであるが、未だにかかるセンサは存在しない。
【０００３】
さまざまな水素ガス検出原理が既に知られており、それぞれの原理、方法による水素センサも各種商品化されている。
【０００４】
しかし、これまでの製品はいずれも自動車用に供するにはサイズが大きすぎ、構造が複雑で製造コストが高価であるため、現状では、燃料電池車１台に１個設置される程度に留まっている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００５】
たとえば、従来技術の水素ガス検出原理の一例を説明すると、パラジウムあるいは白金の触媒作用を利用する方法がある。パラジウムを使用する水素ガスセンサの検出原理は、次のとおりである。すなわち、水素原子がパラジウム金属に吸収されると、水素濃度に応じてパラジウムの電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化をホイートストンブリッジなどにより測定し、水素濃度を換算する方法である。これは、抵抗変化測定方式と呼ばれるが、ホイートストンブリッジ等の回路を動作させるために電源が必要である（たとえば、非特許文献２参照）。
【０００６】
次に、従来技術の水素ガス検出原理の別の例を説明する。図１は、従来技術による温度差測定方式の水素センサの概略図である。図１（ａ）は、温度差測定方式を採用した水素センサの正面図であり、図１（ｂ）は、その断面図である。水素センサ１０は、アルミナ等のセラミック材料またはシリコンで作成されたセンサ基板１２を備え、そのセンサ基板１２の表面には、略半分程度の領域に、スパッタリングにより形成された白金薄膜の触媒層１４が配設されている。そして、前記センサ１０は、温度差を測定するため、高温側（触媒層のある領域）と、低温側（触媒層のない領域）とに、温度を測定する熱起電力材料１６，１８をさらに備える。センサの感度を高めるため、熱起電力材料１６として、熱起電力（ゼーリック係数）が大きい酸化ニッケル等の酸化物熱電材料が使用されている(
たとえば、非特許文献３および４参照）。
【０００７】
しかしながら、酸化物熱電材料は、その製造に厚膜集積回路のプロセスを用いており、工程が複雑で、製品特性の均一化が難しいという課題がある。この製法では、まず複数の酸化物粉末を調合しビークルと混合してペーストを作成、それをスクリーン印刷して導体パターンを形成し、１０００℃前後の高温で焼成して、酸化物熱電導体１６とする。もう一方の熱電導体１８を金の蒸着などで、別途に形成し、基板の約半分の領域にスパッタ法により白金薄膜１４を形成すればセンサが完成する。２つの熱電導体１６，１８で構成される熱電回路により触媒領域（図１中のＡの領域）の温度と、触媒なし領域（図１中のＢの領域）との温度の差に相当する電圧が端子部（“＋”と“−”端子）から得られる。
【０００８】
本製法の問題点としては、酸化物特性のばらつき、スクリーン印刷の厚さのばらつき、白金薄膜スパッタ面の凹凸、ばらつきなどにより、センサ特性がばらつきやすい点が挙げられる。
【非特許文献１】インターネット、URL<: HYPERLINK http://www.wired.com/news/b  usiness/0,1367,59482,00.html>
【非特許文献２】Proceedings of the 1999 U.S. DOE Hydrogen Program Review NREL/CP-570-26938
【非特許文献３】申ウソウ、村山宣光「高性能普及形水素センサの開発」（Material Stage Vol. 2, No.10, 2003）
【非特許文献４】Woosuck SHIN, Kiyohisa IMAI, Noriya Izu and Norimitsu MURAYAMA "Thermolelectric Thick-Film Hydrogen Gas Sensor Operating ay Room Temperature", Jpn. J. Appl. Phys. Vol 40 (2001) pp.L1232-L1234 part 2, No. 11B.  15 November 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上説明したように、従前の水素センサは、自動車用に供するにはサイズが大きく、または構造が複雑で製造コストが高価であるため、燃料電池車１台に１個設置される程度に留まっている。
【００１０】
安全確保のためには、燃料電池車１台についても動力システム周りの複数箇所にセンサを設置して水素ガス漏れを監視することが望ましいとされているが、経済的に許容されていないのが現状である。そのため、小型で、かつ、簡易な水素センサが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、上記事情に鑑み、水素センサの改良を鋭意研究した結果、触媒作用による気体の酸化反応の際の反応熱に起因する温度上昇を利用することにより、小型で、かつ、簡易な水素センサに係る発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、第一の面および第二の面を備える、耐熱性の可撓性支持体と、第一の金属からなる第一の導体パターンと、前記第一の金属とは異なる第二の金属からなる第二の導体パターンとを含む熱電堆パターンであって、前記第一の導体パターンの一の端部と前記第二の導体パターンの一の端部とが連接部を介して連なり、前記第一の面に配設された熱電堆パターンと、前記第二の面に面状に配設される、気体の酸化反応に対して触媒作用を有する材料からなる薄膜と、を備え、前記支持体を介して、前記薄膜の形成領域に対向する第一の面状の領域内に、前記連接部が包含され、前記対向する第一面上の領域を超えた外側に、前記熱電堆パターンが延在する、気体センサを提供する。かかる構成により、触媒の気体の酸化反応に起因する熱が発生する領域と、熱が発生しない領域との温度差を検出する気体センサが実現される。好適には、前記耐熱性の可撓性支持体はポリイミドフィルムである。
【００１３】
本発明の好ましい態様によれば、前記気体センサにおいて、前記熱電堆パターンは、前記第一の導体パターンと前記第二の導体パターンとが交互に連接するように、前記第一の導体パターンの他の端部と連接する別の第二の導体パターンを、または前記第二の導体パターンの他の端部と連接する別の第一の導体パターンを、さらに備えることを特徴とする。熱電堆パターンを構成する第一の導体パターンと第二の導体パターンを繰り返すことにより、検出する温度差に起因する起電力を増幅させることが可能となる。
【００１４】
本発明の好ましい態様によれば、前記気体センサにおいて、前記気体が水素であり、前記気体の酸化反応に対して触媒作用を有する材料が、白金であることを特徴とする。これは、白金が水素を酸化反応させるという触媒作用を利用した、水素センサへの適用を可能とする。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、前記気体センサにおいて、前記第一の金属がコンスタンタンであり、前記第二の金属が、銅めっきされたコンスタンタンあること、または前記第一の金属と前記第二の金属を逆にした構成、あるいは、前記第一の金属がニッケルである、前記第二の金属が、銅めっきされたニッケルである、または前記第一の金属と前記第二の金属を逆にした構成を採用し、好適な熱電堆パターンを構成する。
【００１６】
また、本発明による気体センサの別の態様として、前述の気体センサと、熱抵抗体とを備え、前記気体センサを前記熱抵抗体に対して巻回させたセンサシステムを提供する。
【００１７】
なお、本発明に係る水素センサの応用としては、燃料電池車用に限定されるものではなく、水素貯蔵施設、据置き型の燃料電池システム等にも適用可能である。また、気体との酸化反応に対して触媒作用を有する材料を適宜選択すれば、水素気体以外の一酸化炭素や二酸化炭素等へも適用可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による気体センサによれば、抵抗変化測定方式で必要になるホイートストンブリッジの調整等によるメンテナンスが不要となり、電源も不要となるため、小型化の水素センサが提供される。
【００１９】
さらに、本発明による気体センサによれば、従来の温度差測定方式に用いられている酸化物熱電材料の熱起電力は、銅コンスタンタンのような熱電堆に比べて約１０倍と高いが、銅コンスタンタン熱電堆では、その熱電堆素線の対数を増やして感度を高めることが容易であるため、感度の均一性、安定性は、従来の酸化物熱電堆材料に比べて格段に高い、気体センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。
【００２１】
以下、本発明に係る気体センサは、水素ガスを検知するセンサを例として説明するが、触媒作用による気体の酸化反応に起因する発熱現象を利用し、温度差を検知する熱電堆パターンを備えるセンサは、本発明の範囲の包含されるものである。
（第一の実施態様）
図２は、本発明による気体センサの第一の実施態様として、前記気体センサの基本構造の一例を示す図である。図２（ａ）は、基本構造の正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った、基本構造の側断面図である。
【００２２】
図２に示す第一の実施態様の気体センサは、可撓性支持体の一方の面に熱電堆パターンを有し、その熱電堆パターンを有しない前記支持体の面の一部に、気体の酸化反応に対して触媒作用を有する材料を含む薄膜を形成させたセンサである。被検出気体の有無を、熱電堆パターンを備える前記支持体の面内の温度差として検出する方式である。
【００２３】
図２（ａ）に例示するように、本発明に係る気体センサ２０は、耐熱性の可撓性支持体２２を介して、前記支持体２２の第一の面２２ａ上に配設された熱電堆パターン２５と、水素の酸化反応に対して触媒作用を有する材料を含み、前記支持体２２の第二の面２２ｂに、面状に配設させた薄膜２８と、を備える。ここで、前記熱電堆パターン２５は、第一の金属からなる導体パターン２４（図２（ａ）において太線で表示）と、前記第一の金属とは異なる第二の金属からなる第二の導体パターン２６（図２（ａ）において細線で表示）とを含み、連接部２７を介して連なっている。ここで、連接部とは、各導体パターン２４，２６を構成する金属が連なって接し、結合している部分である。
【００２４】
本発明による気体センサ２０において、熱電堆パターン２５は、前記支持体２２を介して、薄膜２８の形成領域に対向する、熱電堆パターン２５が配設される面上の領域Ｄを超えて、外側に延伸し、その場に存在する、つまり、延在することを特徴とする。このように、熱電堆パターン２５が、対向する面上にて形成された薄膜２８の形成領域が支持体を覆うよりも大きい領域を構成することを採用することにより、薄膜２８の触媒作用により水素の酸化による反応熱を検知する領域を構成する。そのため、水素の存在を熱に変換して、その発熱を検出することにより、水素を検知することが可能にある。
【００２５】
また、本発明による気体センサ２０では、熱電堆パターン２５を構成する第一の導体パターン２４と第二の導体パターン２６とが連接する連接部が、対向する面２２ｂにて面状薄膜２８が形成する形成領域Ｄ内に包含される。かかる配置により、薄膜２８にて発生する水素との反応熱が、前記支持体２２を通じて、熱電堆パターン２５へ伝播し、熱起電力に変換される。
【００２６】
このようにして、被検出気体の有無を、熱電堆パターンを備える前記支持体の面における温度差として検出する。具体的には、図２（ａ）に示す白金薄膜領域２８で水素を含む空気に接触すると、かかる領域２８で温度が上昇し、２８以外の領域との温度差から生じる熱起電力が、図２（ａ）に示す端子部Ｆ，Ｇ間に生じる。
【００２７】
そして、予め、水素濃度と熱起電力との間で検量線を作成しておけば、生じた熱起電力から空気中の水素濃度を算出することが可能となる。
【００２８】
なお、本発明に係る気体センサ２０は、構成自体が簡素であるため、センサ自体の小型化に適し、センサ全体としての厚さを３５〜５０μｍという厚さに制御すれば、応答速度の迅速化を図ることができる、という利点がある。
【００２９】
本発明に利用する可撓性支持体２２としては、耐熱性樹脂を含むフィルムであることが好ましい。特に、耐熱性の観点から、ポリイミドフィルムが好適である。ポリイミドフィルムの厚さは、以下に限定されるものではないが、２５〜１００μｍであることが好ましい。
【００３０】
本発明に利用する熱電堆パターン２５は、前述のように、相互に異なる二種類の金属材料から構成される。熱電堆パターン２５を構成する第一の導体パターン２４がコンスタンタンである場合、第二の導体パターン２６は銅めっきされたコンスタンタンであることが好ましい。また、熱電堆パターン２５を構成する第一の導体パターン２４がニッケルである場合、第二の導体パターン２６は銅めっきされたニッケルが好ましい。ここで、銅めっきされたコンスタンタンは、銅めっきの厚さを十分な厚さにすれば、銅パターンと同じ熱起電力を発生する。そのため、かかる構造の熱電堆は、銅・コンスタンタン熱電堆と同視できる。また、本発明に用いる熱電堆パターンの厚さは、以下の値に限定されるものではないが、５〜３０μｍであることが好ましい。
【００３１】
本発明に用いる水素の酸化反応に対して触媒作用を有する材料を含む薄膜２８は、白金薄膜であることが好ましい。白金薄膜は、酸素の存在下、水素と酸化反応することにより、反応熱が発生する。この反応熱がポリイミドフィルムを介して熱電堆パターンへ伝播し、前記熱電堆パターンにて熱起電力が発生し、水素を検知することが可能となる。また、本発明に用いる白金薄膜の厚さは、以下の値に限定されるものではないが、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００３２】
次に、本発明に用いる熱電堆パターン２５の一つの製造方法について説明する。熱電堆パターンは、可撓性支持体であるポリイミドフィルムを利用して、フォトリソグラフィー技術により所望の導体パターンを形成させて製造することができる。
【００３３】
図３は、本発明に係る気体センサのうち、可撓性支持体であるポリイミドフィルムに熱電堆パターンを形成させる工程図を示す。また、図４は、ポリイミドフィルム１００上に形成される熱電堆パターンの製造工程を説明する概略図である。
【００３４】
工程Ｓ１００にて、図４（Ａ）に示すように、可撓性支持体である、厚さ３５μｍのポリイミドフィルム１００に、１５μｍ厚のコンスタンタンフィルム１１０を接着させる。その際に、コンスタンタンフィルムとポリイミドフィルムに気泡が混入しないように、ローラ等によりコンスタンタンフィルムを押圧しながら接着させることが好ましい。
【００３５】
図３の工程Ｓ１０１において、図４（Ｂ）に示すように、前記コンスタンタンフィルム１１０に対して銅メッキ処理を行い、該フィルム１１０上に約４０μｍ厚の銅膜１２０を形成させる。
【００３６】
次いで、工程Ｓ１０２にて、所望の熱電堆パターンに相当するパターンを有するレジスト膜１３０を、前記銅１２０上に形成し（図４（Ｃ））、塩化第二鉄エッチング液によるエッチング処理を行い（工程Ｓ１０３、図４（Ｄ））、コンスタンタン及び銅の双方をエッチングし、工程Ｓ１０４にてレジスト膜１３０を、たとえば、水酸化ナトリウム溶液を用いて剥離すると、図４（Ｅ）に示すコンスタンタン１１０上に銅１２０を有するパターンが形成される。
【００３７】
図４（Ｅ）に示す導体パターンはコンスタンタン上に銅メッキされた構造を有する。以下の説明では、図４（Ｅ）の示す導体パターンの一部の領域のみの銅メッキされた部分を削除し、図２（ａ）に示すような、コンスタンタンからなる第一の導体パターン２４と、コンスタンタンと銅とからなる第二の導体パターン２６が交互に連接した熱電堆パターンの形成を説明する。
【００３８】
工程Ｓ１０５にて、図４（Ｆ）に示すように、所定のパターンを有する新たなレジスト膜１４０をポリイミドフィルム上に形成する。この場合におけるレジスト膜１４０の所定のパターンは、図２（ａ）に示すコンスタンタンからなる第一の導体パターン２４及びコンスタンタンと銅とからなる第二の導体パターン２６が交互に連接した熱電堆パターンを形成させるパターンを有することが必要である。
【００３９】
しかる後に、工程Ｓ１０６にて、塩化ジアミン銅、塩化アンモン、アンモニアガスその他を含むアルカリエッチャントにより銅のみをエッチングする（図４（Ｇ））。なお、このアルカリエッチャントは銅のみをエッチングし、コンスタンタンはエッチングされないものを選択する。
【００４０】
次いで、前述のレジスト膜１４０を剥離し（工程Ｓ１０７）、図２に示す所望の熱電堆パターンが形成される。なお、図４（Ｈ）は、図２（ａ）に示すＥ−Ｅラインにて切断した際の概略断面図の一部に相当する。
【００４１】
このように製造された、ポリイミドフィルム上に形成された熱電堆パターンとは反対の面に、白金をポリイミドフィルム上に付着させ、白金薄膜を形成させることが可能となる。ポリイミドフィルムに白金を付着させる方法としては、以下の方法に限定されるものではないが、化学蒸着法やスパッタリング法などが挙げられる。金属薄膜のフィルムへの接着性の観点から、スパッタリング法を利用することが好ましい。
【００４２】
フィルムへの白金薄膜を付着させる際、白金薄膜の形成領域は、ポリイミドフィルムを介して対向する面上に配設される熱電堆パターンの連接部（図２の参照番号２７に相当）を包含し、かつ、熱電堆パターンの端部が、前記白金の形成領域よりも外側に存在するように付着させる。なお、スパッタリングによる白金薄膜の形成領域を制御することは、当業者には容易に理解される。
（第二の実施態様）
図５は、本発明に係る気体センサの別の実施態様の概略正面図である。図５に示す気体センサ２００は、図２に示す気体センサと比して、熱電堆パターン２４，２６の形状と白金薄膜形成領域２８の数および配置を変更したセンサである。具体的には、図５に示す気体センサ２００は、第一の導体パターンと第二の導体パターンとからなる熱電堆パターンを、さらに繰り返す構造を採用している。
【００４３】
気体センサ２００は、２つの白金薄膜領域２８を備え、その領域が熱電堆の高温接点部（図５では、ＨＪとして示される）に位置するように、熱電堆パターンを構成している。なお、図５に示すＣＪとは、低温接点部を示し、ポリイミドフィルムを介して対向する領域には白金薄膜を備えていない部分を指す。
【００４４】
図５に示すように、白金薄膜領域の個数を増やすことにより、白金薄膜領域１個の場合よりもセンサ感度を増大させることができる。なお、この効果は、センサの横方向（Ａ矢印）伝熱の熱抵抗がセンサ面から空間への伝熱の熱抵抗に比べて同程度以上の場合に気体できる。横方向の熱抵抗があまり小さい場合はかえって感度が低下するので、白金薄膜領域の最適個数はセンサの材質、構造、および使用条件に依存する。
【００４５】
図６は、本発明に係る気体センサからの出力のシミュレーション結果の例を示す。図６の横軸は、気体センサの左端から右端への距離（任意の単位）であり、縦軸はセンサ感度の相対値を示す。図６に示す点線は、図５に示すＢ部分からなる白金薄膜領域を１個、備える気体センサからの出力のシミュレーション結果であり、図６に示す実線は、図５に示すＢ部分とＣ部分とからなる白金薄膜領域を２個、備える気体センサからの出力のシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、点線のケースの白金薄膜領域１個分の面積と、実線のケースの白金薄膜領域２個分の面積を同じとした。また、白金薄膜領域間の熱抵抗は、図４の構造で寸法を仮定して求めた値を用い、センサ面から空間への伝熱の熱抵抗の値は文献値（センサー・アンド・アクチュエータ（Sensors and Actuators） B 73 (2001) p.1-26参照）などから推定したおおよその値を用いた。２個の白金薄膜領域の熱抵抗は、センサ面から空間への伝熱の熱抵抗の１/１００程度となっている。
【００４６】
白金薄膜領域の数を２個に増やすと、出力ピークの高さは１個の場合よりも低くなるが、２つのピークから得られるセンサ出力の和は、白金薄膜領域が１個の場合の出力よりも大きくなることが分かる。
（第三の実施態様）
図７は、本発明に係る気体センサを利用した、本発明のさらに別の実施態様のセンサシステムを示す図である。図７（ａ）は、図２に気体センサと同様のセンサであって、本発明の第三の実施態様に使用されるセンサの一例を示し、一方、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すセンサの折目に沿って折り曲げ、熱抵抗体に巻回させたセンサシステムの側断面図を示す。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、気体センサ２０の左端部をＸとし、その右端部をＹとして表示する。また、図７（ａ）において、ＨＪとは、後述するように、白金薄膜２８を形成されるべき領域の高温接点部の中心として、左右の折目間が高温接点部を形成する領域を指す。一方、ＣＪとは、前記左右の折目から左右の端部までの領域を指し、後述する白金薄膜２８が形成されない領域であり、低温接点部という。
【００４８】
図７（ａ）に示す折目に沿って折り曲げ、熱抵抗体３０に対して巻回させて、センサ端部Ｘ，Ｙを接近または接着させて、本発明に係るセンサシステムを作製することができる。その後、図７（ｂ）に示すように、熱抵抗体に巻回させたシステムの下面に、白金薄膜２８をスパッタリング法等により付着させて、最終的に、本発明に係るセンサシステムを製造することができる。
【００４９】
本発明に用いられる熱抵抗体３０としては、以下のものに限定されるわけではないが、アルミナなどのセラミック板、ポリエステル、ポリイミドなどの樹脂板、ガラス繊維強化エポキシ樹脂積層板などの積層板を挙げることができる。また、発砲樹脂など多孔質材料を用いることもできる。
【００５０】
具体的には、０．３５ｍｍピッチで、コンスタンタンと銅めっきコンスタンタンからなる熱電堆パターンを１０８対、３５μｍのポリイミドフィルムに形成し、ガラス繊維強化エポキシ樹脂積層板からなる熱抵抗体に巻回させた。次いで、白金薄膜を厚さ５０ｎｍとして形成し、本発明に係るセンサシステムを製造し、その性能結果を以下に示す。
【００５１】
図８は、本発明に係るセンサシステムの性能結果を示す図である。図８は、本発明に係るセンサシステムを用い、水素濃度を０〜６％へと変化した際のセンサ出力の測定結果を示す。また、センサ出力の測定は、常温状態（２４℃）と、昇温状態（５８℃および８８℃）とで行った。図８から明らかなように、常温状態でも、水素濃度に比例したセンサ出力が得られたが、その出力値は、昇温状態のそれよりも低い。一方、昇温状態では、水素濃度が０％から水素の爆発限界４％までは、水素濃度にほぼ比例するセンサ出力が得られた。具体的には、水素濃度４％における、本発明に係るセンサ出力は、０．２５ｍＶであり、この値は、可動コイル型電圧計などの簡易電圧測定器などの簡易測定器でも指示可能なレベルである。また、水素濃度１％以下における出力値も、検出可能であることが判明した。
【００５２】
なお、本発明に係るセンサシステムにおいて、高感度で水素濃度を検出するためには、昇温状態での測定が望ましいが、昇温状態における温度については、一定温度以上であれば、広範囲な温度範囲にわたってセンサ感度はほとんど変化しないことも分かった。このことは、図６に示す５８℃と８８℃の感度曲線がほぼ一致することからも裏付けられるものである。また、図８中に示す実線は、５８℃と８８℃における感度曲線をプールして当てはめたものである。
【００５３】
さらに、上記の例では、熱抵抗体の厚さを０．４ｍｍとしたが、熱抵抗体の厚さを薄くすれば、応答速度を高めることが可能である。なお、図８にて例示したセンサシステムは、熱抵抗体の厚さが０．４ｍｍであり、そのセンサシステムの電気抵抗地は焼く４００Ωであり、一般的な酸化物半導体の熱電素子よりも抵抗値が低く、その値が安定している。そのため、センサ電気回路の安定性を高めることができ、本発明に係る水素センサやセンサシステムをより実用的なセンサとする点で、有利であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来技術による温度差測定方式の水素センサの概略図を示す。図１（ａ）は、かかる水素センサの正面図であり、図１（ｂ）は、かかる水素センサの側断面図である。
【図２】本発明による気体センサの第一の実施態様の構造を示す図である。図２（ａ）は、その基本構造の正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った、基本構造の側断面図である。
【図３】本発明に係る気体センサのうち、ポリイミドフィルムに熱電堆パターンを形成させる工程図を示す。
【図４】本発明に係る気体センサに用いるポリイミドフィルム上に形成される、熱電堆パターンの製造工程を説明する概略図である。
【図５】本発明に係る気体センサの別の実施態様の概略正面図である。
【図６】本発明に係る気体センサからの出力のシミュレーション結果の例を示す。
【図７】本発明に係る気体センサを利用した、本発明のさらに別の実施態様のセンサシステムを示す図である。
【図８】本発明に係るセンサシステムの性能結果を示す図である。図中の△は、２４℃における出力値であり、□は５８℃における出力値であり、○は８８℃における出力値を表す。
【符号の説明】
【００５５】
２０…気体センサ、２２…支持体、２４…第一の導体パターン、２５…熱電堆パターン、２６…第二の導体パターン、２７…連接部、２８…薄膜、３０…熱抵抗体、５０…センサシステム、１００…ポリイミドフィルム、１１０…コンスタンタンフィルム、１２０…銅膜、１３０，１４０…レジスト膜、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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