(57)【要約】【課題】優れた水素ガス検知精度及び耐久性を有する水素ガスセンサを提供すること。【解決手段】水素ガスを検知する水素検知膜１０と、水素検知膜１０を加熱するヒータ３０と、ヒータ３０と水素検知膜１０との間に設けられる潜熱蓄熱部４０とを備え、潜熱蓄熱部４０が、相転移を起こす第１潜熱蓄熱材４１を有する、水素ガスセンサ１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを検知する水素検知膜と、
前記水素検知膜を加熱するヒータと、
前記ヒータと前記水素検知膜との間に設けられる潜熱蓄熱部とを備え、
前記潜熱蓄熱部が、相転移を起こす第１潜熱蓄熱材を有する、水素ガスセンサ。
【請求項２】
前記潜熱蓄熱部が、前記第１潜熱蓄熱材よりも低い相転移温度で相転移を起こす第２潜熱蓄熱材をさらに有する請求項１に記載の水素ガスセンサ。
【請求項３】
前記相転移が固相間相転移である、請求項１又は２に記載の水素ガスセンサ。
【請求項４】
前記固相間相転移が電子相転移である、請求項３に記載の水素ガスセンサ。
【請求項５】
前記相転移を起こすときの相転移温度が１００〜５００℃である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素ガスセンサ。
【請求項６】
前記水素検知膜上に設けられる一対の電極と、
前記潜熱蓄熱部と前記水素検知膜との間に設けられる絶縁層とをさらに備え、
前記潜熱蓄熱部が導電性を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水素ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境・エネルギー問題の解決のため、日本では水素社会化の動きが加速している。例えば水素と酸素との化学反応を利用して発電しモータを回して走る燃料電池車などの開発が行われている。一方、水素ガスは、大気中での濃度が４〜７５％の広範囲で爆発領域となるにもかかわらず、無色透明でにおいもなく、漏洩を検知することが困難である。このため、漏洩検知用の水素ガスセンサに対する関心が高まっている。
【０００３】
このような水素ガスセンサとして、例えば下記特許文献１に記載の水素ガスセンサが知られている。下記特許文献１には、水素ガスを吸着してプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とに解離する作用を有する触媒及び当該作用で生じたプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）との反応によって導電率が増加する金属酸化物からなる検知膜と検知膜を加熱するためのヒータとを有し、金属酸化物の導電率の変化から水素を検知する水素ガスセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６２３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載の水素ガスセンサは以下の課題を有していた。
【０００６】
すなわち特許文献１に記載の水素ガスセンサでは、ヒータによって検知膜が加熱される際、周囲の温度変化によってヒータの温度変化が起こりやすい。そのため、ヒータの温度変化に伴って水素検知膜の温度も変化することとなり、水素ガスの水素検知膜に対する吸着量が不安定になって、水素ガス検知精度の低下が起こる恐れがある。また、周囲の温度変化によってヒータの温度変化が起こりやすいため、ヒータの温度が一時的に過度に上昇すると、水素検知膜の温度も一時的に上昇することになる。そして、水素検知膜の温度が繰り返し過度に上昇されると、水素検知膜に繰り返し歪みが生じ、水素検知膜にクラックが生じたり、水素検知膜の剥離が起こったりする。その結果、水素ガスセンサの耐久性が低下する恐れもあった。
【０００７】
従って、上述した特許文献１記載の水素センサでは、水素ガスの検知精度および水素検知膜の耐久性の点で改善の余地があった。ここで、ヒータをＰＩＤ制御することによって水素検知膜の温度制御を行うことも考えられるが、この方法でも水素検知膜の温度を適切に制御し、ひいては耐久性を向上させるという点ではいまだ改善の余地があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた水素ガス検知精度及び耐久性を有する水素ガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するため、水素ガスセンサにおいて、ヒータと水素検知膜との間に潜熱蓄熱部を設けることで上記課題を解決し得ることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、水素ガスを検知する水素検知膜と、前記水素検知膜を加熱するヒータと、前記ヒータと前記水素検知膜との間に設けられる潜熱蓄熱部とを備え、前記潜熱蓄熱部が、相転移を起こす第１潜熱蓄熱材を有する、水素ガスセンサである。
【００１１】
本発明の水素ガスセンサでは、ヒータによって水素検知膜を加熱する場合には、最初にヒータによって潜熱蓄熱部が加熱され、潜熱蓄熱部から水素検知膜へ熱が伝わる。このとき、ヒータの温度を潜熱蓄熱部に含まれる第１潜熱蓄熱材の相転移温度よりやや低い温度に設定すると、周囲の温度変化によってヒータの温度が一時的に第１潜熱蓄熱材の相転移温度を超えて上昇したとしても、第１潜熱蓄熱材が相転移を起こしている間は水素検知膜の温度が過度に上昇することが十分に抑制される。このため、水素検知膜が繰り返し過度に昇温されることで水素検知膜に繰り返し歪みが生じ、その結果、水素検知膜自体にクラックが生じたり、水素検知膜の剥離が生じたりすることが十分に抑制される。従って、本発明の水素ガスセンサは優れた耐久性を有することが可能となる。また、上述したように、水素検知膜の温度を過度に上昇することが十分に抑制されるため、水素ガスの水素検知膜に対する吸着量を安定化させることが可能となる。従って、本発明の水素ガスセンサは優れた水素ガス検知精度を有することも可能となる。
【００１２】
上記水素ガスセンサにおいては、前記潜熱蓄熱部が、前記第１潜熱蓄熱材よりも低い相転移温度で相転移を起こす第２潜熱蓄熱材をさらに有することが好ましい。
【００１３】
この場合、ヒータの温度を潜熱蓄熱部に含まれる第１潜熱蓄熱材の相転移温度と第２潜熱蓄熱材の相転移温度との間の温度に設定すると、周囲の温度変化により、ヒータの温度が一時的に第２潜熱蓄熱材の相転移温度以下まで低下しても、第２潜熱蓄熱材が相転移を起こしている間は水素検知膜の温度が過度に低下することが十分に抑制される。このため、水素ガスの水素検知膜に対する吸着量をより安定化させることが可能となる。従って、本発明の水素ガスセンサはより優れた水素ガス検知精度を有することが可能となる。
【００１４】
上記水素ガスセンサにおいては、前記相転移が固相間相転移であることが好ましい。
【００１５】
この場合、潜熱蓄熱部は、相転移を起こしても固相のままであるため、潜熱蓄熱部の形状を保持することが可能となる。
【００１６】
また上記水素ガスセンサにおいては、前記固相間相転移が電子相転移であることが好ましい。
【００１７】
この場合、電子相転移に際しては、相転移の前後で構造が変化しない。そのため、潜熱蓄熱部に構造の変化による歪みが生じない。このため、水素検知膜と潜熱蓄熱部とが直接接触している場合、水素検知膜と潜熱蓄熱部との界面において、潜熱蓄熱部の歪みによって過度な応力が加わることを十分に抑制できる。従って、水素検知膜が潜熱蓄熱部から剥離することを抑制でき、水素ガスセンサがより優れた耐久性を有することが可能となる。
【００１８】
さらに、上記水素ガスセンサにおいては、前記相転移を起こすときの相転移温度が１００〜５００℃であることが好ましい。
【００１９】
この場合、第１潜熱蓄熱材、又は、第１潜熱蓄熱材及び第２潜熱蓄熱材の相転移温度が１００℃未満である場合と比較して、水素が水素検知膜に吸着しやすくなる。従って、本発明の水素ガスセンサはより優れた検知速度を有することが可能となる。また、第１潜熱蓄熱材、又は、第１潜熱蓄熱材及び第２潜熱蓄熱材の相転移温度が５００℃より大きい場合と比較して、水素検知膜が過度の高温に晒されにくくなり、水素検知膜の劣化がより十分に抑制される。従って、本発明の水素ガスセンサは、より優れた耐久性を有することが可能となる。
【００２０】
さらにまた、上記水素ガスセンサは、前記水素検知膜上に設けられる一対の電極と、前記潜熱蓄熱部と前記水素検知膜との間に設けられる絶縁層とをさらに備え、前記潜熱蓄熱部が導電性を有することが好ましい。
【００２１】
この場合、潜熱蓄熱部が導電性を有するが、潜熱蓄熱部と水素検知膜とが絶縁層によって電気的に絶縁されているため、水素検知膜上に設けられる一対の電極により、潜熱蓄熱部の電気抵抗を測定することなく水素検知膜のみの電気抵抗を測定できる。従って、本発明の水素ガスセンサはより優れた水素ガス検知精度を有することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、優れた水素ガス検知精度及び耐久性を有する水素ガスセンサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の水素ガスセンサの第１実施形態を示す端面図である。
【図２】本発明の水素ガスセンサの第２実施形態を示す端面図である。
【図３】本発明の水素ガスセンサの第３実施形態を示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の水素ガスセンサの実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
まず本発明の水素ガスセンサの第１実施形態について図１を用いて説明する。図１は本発明の水素ガスセンサの第１実施形態を示す端面図である。
【００２６】
図１に示すように、水素ガスセンサ１００は、水素ガスを検知する水素検知膜１０と、水素検知膜１０上に設けられる一対の電極２０と、水素検知膜１０を加熱するヒータ３０と、ヒータ３０と水素検知膜１０との間に設けられる潜熱蓄熱部４０とを備えている。潜熱蓄熱部４０は、ヒータ３０と接するように設けられる第２潜熱蓄熱材４２と、第２潜熱蓄熱材４２と水素検知膜１０とによって挟まれるように設けられる第１潜熱蓄熱材４１とを有している。
【００２７】
ここで、第２潜熱蓄熱材４２は、固相間相転移を起こす相転移温度（Ｔ２）を有する材料で構成され、第１潜熱蓄熱材４１は、固相間相転移を起こす相転移温度（Ｔ１）を有する材料で構成される。本実施形態では、第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）は第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）よりも低くなっている。
【００２８】
なお、本実施形態の水素ガスセンサ１００は、水素検知膜１０に水素ガスが吸着されることで変化する水素検知膜１０の電気抵抗値を一対の電極２０間に電圧を印加することによって測定し、その電気抵抗値の変化によって水素ガスを検知するものである。
【００２９】
水素ガスセンサ１００によれば、水素ガスセンサ１００が潜熱蓄熱部４０を有するため、ヒータ３０によって水素検知膜１０を加熱する場合には、最初にヒータ３０によって潜熱蓄熱部４０が加熱され、潜熱蓄熱部４０から水素検知膜１０へ熱が伝わる。
【００３０】
このとき、ヒータ３０の温度（Ｔ）を、例えばＰＩＤ制御によって第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）と第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ２）との間の温度（設定温度Ｔ０）に制御しようとしても、ヒータ３０の温度（Ｔ）自体は、実際には周囲の温度の変動によって、設定温度（Ｔ０）を中心として変動する。
【００３１】
このとき、ヒータ３０の温度（Ｔ）が、周囲の温度変化によって第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）を超えて一時的に上昇しても、第１潜熱蓄熱材４１が相転移を起こしている間は、水素検知膜１０の温度が過度に上昇することが十分に抑制される。このため、水素検知膜１０が繰り返し過度に昇温されることで水素検知膜１０に繰り返し歪みが生じ、その結果、水素検知膜１０自体にクラックが生じたり、水素検知膜１０の剥離が生じたりすることが十分に抑制される。従って、水素ガスセンサ１００は優れた耐久性を有することが可能となる。また、上述したように、水素検知膜１０の温度を過度に上昇することが十分に抑制されるため、水素検知膜１０への水素ガスの吸着量を安定化させることが可能となる。従って、水素ガスセンサ１００は優れた水素ガス検知精度を有することも可能となる。
【００３２】
一方、周囲の温度変化により、ヒータ３０の温度（Ｔ）が一時的に第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）以下まで低下しても、第２潜熱蓄熱材４２が相転移を起こしている間は、水素検知膜１０の温度が過度に低下することが十分に抑制される。このため、水素検知膜１０への水素ガスの吸着量をより安定化させることが可能となる。従って、水素ガスセンサ１００はより優れた水素ガス検知精度を有することが可能となる。
【００３３】
さらに、第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２における相転移は固相間相転移であるため、第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２は、相転移を起こしても固相のままである。このため、第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２の形状を保持することが可能となる。
【００３４】
以下、上述した水素検知膜１０、ヒータ３０及び潜熱蓄熱部４０の各々について詳細に説明する。
【００３５】
＜水素検知膜＞
水素検知膜１０は、本実施形態では、吸着した水素ガスを最終的にプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とに解離する作用を有する触媒と、触媒による水素ガスの解離作用によって発生した電子によって電気抵抗が増加する金属酸化物とを含んでいる。
【００３６】
（触媒）
触媒は、吸着した水素ガスをプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とに解離する作用を持つものであればよい。このような触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）が挙げられる。これらは１種類単独で又は２種以上を組み合せて用いてもよい。上記触媒の中でも、白金（Ｐｔ）が特に好ましい。
【００３７】
（金属酸化物）
金属酸化物は、触媒による水素ガスの解離作用によって発生した電子（ｅ−）によって電気抵抗が低下するものであればよい。金属酸化物としては、例えば三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、三酸化タングステン（ＷＯ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化ニッケル（ＮｉＯ２）などが挙げられる。これらは１種類単独で又は２種以上を組み合せて用いてもよい。上記金属酸化物の中でも、中でも三酸化タングステン（ＷＯ３）が好ましい。
【００３８】
＜ヒータ＞
ヒータ３０は水素検知膜１０を加熱し得るものであればよい。ヒータ３０としては、例えばセラミックヒータ、裸発熱体などが挙げられるが、中でもセラミックヒータが好ましい。この場合、発熱体（抵抗体）が外気に触れていないため、発熱体の酸化を抑制でき、発熱体の断線や経時劣化をより十分に抑制できる。
【００３９】
＜潜熱蓄熱部＞
潜熱蓄熱部４０に含まれる第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２は、本実施形態では固相間相転移を起こす相転移温度を有する材料で構成される。ここで、相転移温度とは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって５℃／分の昇温速度で測定したときの相転移温度を言う。
【００４０】
固相間相転移とは固相−固相相転移のことをいい、固相間相転移としては、例えば電子相転移、構造相転移などが挙げられる。
【００４１】
中でも、固相間相転移は電子相転移であることが好ましい。この場合、電子相転移に際して、相転移の前後で構造が変化しない。そのため、潜熱蓄熱部４０に構造の変化による歪みが生じない。このため、水素検知膜１０と潜熱蓄熱部４０との界面において、潜熱蓄熱部４０の歪みによって過度な応力が加わることを十分に抑制できる。従って、水素検知膜１０が潜熱蓄熱部４０から剥離することを抑制でき、水素ガスセンサ１００はより優れた耐久性を有することが可能となる。
【００４２】
第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）は１００〜５００℃であることが好ましい。この場合、水素検知膜１０が１００〜５００℃の温度に加熱されることになる。従って、Ｔ１が１００℃未満である場合と比較して、水素ガスが水素検知膜１０に吸着しやすくなる。よって、第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）は１００〜５００℃であると、水素ガスセンサ１００がより優れた検知速度を有することが可能となる。また、第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）が１００〜５００℃であると、水素検知膜１０が１００〜５００℃の温度に加熱されることになる。従って、第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）が１００〜５００℃であると、Ｔ１が５００℃より大きい場合と比較して、水素検知膜１０が過度の高温に晒されにくくなり、水素検知膜１０の劣化がより十分に抑制される。従って、水素ガスセンサ１００は、より優れた耐久性を有することが可能となる。
【００４３】
第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）は１００〜３００℃であることがより好ましい。
【００４４】
第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）は１００〜５００℃であることが好ましい。但し、第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）は第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）よりも低いことが必要である。この場合、水素検知膜１０が１００〜５００℃の温度に加熱されることになる。この場合、水素検知膜１０が１００℃未満で加熱される場合と比較して、水素ガスが水素検知膜１０に吸着しやすくなる。従って、水素ガスセンサ１００は、より優れた検知速度を有することが可能となる。また、第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）が１００〜５００℃であると、水素検知膜１０が１００〜５００℃の温度に加熱されることになる。この場合、Ｔ２が５００℃より大きい場合と比較して、水素検知膜１０が過度の高温に晒されにくくなり、水素検知膜１０の劣化がより十分に抑制される。従って、水素ガスセンサ１００は、より優れた耐久性を有することが可能となる。
【００４５】
第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）は１００〜３００℃であることがより好ましい。
【００４６】
第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）と第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）との差（＝Ｔ１−Ｔ２）は、０℃より大きければよく、特に制限されるものではないが、５０℃以下であることが好ましく、１０℃以下であることがより好ましい。
【００４７】
第１潜熱蓄熱材４１は、固相間相転移を起こす相転移温度を有する材料で構成されればよいが、このような材料としては、例えばＶＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＶＳ２、ＬｉＶＯ２、ＮａＮｉＯ２、ＬｉＲｈ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ３、Ｖ４Ｏ７、Ｖ６Ｏ１１、Ｔｉ４Ｏ７、ＳｍＢａＦｅ２Ｏ５、ＥｕＢａＦｅ２Ｏ５、ＧｄＢａＦｅ２Ｏ５、ＴｂＢａＦｅ２Ｏ５、ＤｙＢａＦｅ２Ｏ５、ＨｏＢａＦｅ２Ｏ５、ＹＢａＦｅ２Ｏ５、ＰｒＢａＣｏ３Ｏ５．５、ＤｙＢａＣｏ２Ｏ５．５４、ＨｏＢａＣｏ２Ｏ５．４８、ＹＢａＣｏ２Ｏ５．４９などの複合金属酸化物が挙げられる。これらは１種類単独で又は２種以上を組み合せて用いてもよい。第１潜熱蓄熱材４１としては、上記の中でも、ＬｉＶＯ２が好ましい。
【００４８】
第２潜熱蓄熱材４２としては、例えば第１潜熱蓄熱材４１と同様の複合金属酸化物を用いることができる。ここで、第２潜熱蓄熱材４２は、第１潜熱蓄熱材４１と共通の複合酸化物を含むことが好ましい。この場合、第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）と第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）とを近づけることができ、水素検知膜１０の温度を所望の温度に的確に制御することができる。
【００４９】
第２潜熱蓄熱材４２が第１潜熱蓄熱材４１と共通の複合酸化物を含む場合、第２潜熱蓄熱材４２の相転移温度（Ｔ２）を第１潜熱蓄熱材４１の相転移温度（Ｔ１）より小さくするためには、例えば第２潜熱蓄熱材４２に含まれる複合酸化物中の金属をタングステン（Ｗ）、タンタル(Ｔａ)、モリブデン(Ｍｏ)などの元素で置換すればよい。具体的には、第１潜熱蓄熱材４１として、ＬｉＶＯ２を用いる場合、第２潜熱蓄熱材４２として、Ｌｉ（ＶｘＷ１−ｘ）Ｏ２を用いることが、置換量当たりの相転移温度の変化量が大きいという理由から好ましい。
【００５０】
なお、第２潜熱蓄熱材４２は、潜熱蓄熱材で構成されていればよく、第１潜熱蓄熱材４１と同様の複合金属酸化物以外の材料で構成されてもよい。
【００５１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の水素ガスセンサの第２実施形態について図２を用いて説明する。図２は本発明の水素ガスセンサの第２実施形態を示す端面図である。なお、図２において、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５２】
図２に示すように、本実施形態の水素ガスセンサ２００は、潜熱蓄熱部４０と水素検知膜１０との間に設けられる絶縁層５０をさらに備え、潜熱蓄熱部４０が導電性を有する点で第１実施形態の水素ガスセンサ１００と相違する。
【００５３】
水素ガスセンサ２００によれば、潜熱蓄熱部４０が導電性を有するが、絶縁層５０によって、導電性の潜熱蓄熱部４０と水素検知膜１０とが電気的に絶縁される。このため、一対の電極２０により、潜熱蓄熱部４０の電気抵抗を測定することなく水素検知膜１０のみの電気抵抗を測定できる。従って、水素ガスセンサ２００はより優れた水素ガス検知精度を有することが可能となる。
【００５４】
絶縁層５０を構成する材料は、絶縁性の材料であればよく、このような材料としては、例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの無機絶縁材料、エポキシ樹脂などの絶縁樹脂が挙げられる。
【００５５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、潜熱蓄熱部４０が第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２の２層で構成されているが、図３に示す水素ガスセンサ３００のように、潜熱蓄熱部４０が第１潜熱蓄熱材４１のみの１層で構成されてもよい。あるいは、潜熱蓄熱部４０は、第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２の２層に加えて、第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２とは相転移温度の異なる１層以上の潜熱蓄熱材をさらに備えてもよい。
【００５６】
また上記実施形態では、第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２が、固相間相転移を起こす材料で構成されているが、水素検知膜１０を作動させる温度の近傍において、液相−固相間相転移を起こす材料で構成されてもよい。但し、この場合は、第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２の形状を保持する観点から、第１潜熱蓄熱材４１及び第２潜熱蓄熱材４２が、カプセルなどの容器内に収容される必要がある。
【００５７】
また、上記実施形態では、水素ガスセンサ１００，２００、３００は、水素検知膜１０の電気抵抗を測定するための一対の電極２０を有するが、上記実施形態では、水素検知膜１０が、水素ガスの吸着又は脱離によって色を変化させるガスクロミック材料で構成されており、水素検知膜１０の色の変化によって水素ガスを検知することも可能であるため、電極２０は必ずしも必要なものではなく、省略が可能である。但し、水素検知膜１０の色の変化によって水素ガスの検知を行う場合には、水素ガスセンサは、水素検知膜１０の色の変化を検出するための光学装置を備えることが好ましい。このような光学装置としては、例えば、水素検知膜１０に光を照射する光源と、水素検知膜１０からの反射光を検出する光検出装置とを備えるものであればよい。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００５９】
（実施例１）
まず、厚さ２ｍｍ、直径１０ｍｍのセラミックヒータを用意した。ここで、セラミックヒータは、アルミナの焼結体中に抵抗配線を埋設したものである。
【００６０】
次に、厚さ５００μｍのＬｉＶＯ２多結晶体を以下のようにして作製した。まずＶ２Ｏ５粉末を水素還元することにより、Ｖ２Ｏ３を形成し、これをＬｉ２ＣＯ３と水素気流中、１０００℃で１０時間反応させ、焼結成形させた後、ワイヤーソーで板状に切断することによってＬｉＶＯ２多結晶体を得た。得られたＬｉＶＯ２多結晶体の相転移温度をＤＳＣによって昇温速度５℃／分の条件にて測定したところ、相転移温度は２０６℃であった。
【００６１】
一方、厚さ３００μｍのＬｉ（ＶｘＷ１−ｘ）Ｏ２多結晶体を以下のようにして作製した。まずＶ２Ｏ５粉末を水素還元することにより、Ｖ２Ｏ３を形成し、これとＷＯ３とを混合し、その混合物をＬｉ２ＣＯ３と水素気流中、１０００℃で１０時間反応させ、焼結成形させた後、ワイヤーソーで板状に切断することによってＬｉ（ＶｘＷ１−ｘ）Ｏ２多結晶体を得た。このとき、ＷＯ３は、Ｌｉ（ＶｘＷ１−ｘ）Ｏ２多結晶体中のＶをＷが１０００ｐｐｍ置換するようにＶ２Ｏ３と混合した。得られたＬｉ（ＶｘＷ１−ｘ）Ｏ２多結晶体の相転移温度をＤＳＣによって昇温速度５℃／分の条件にて測定したところ、相転移温度は２０３℃であった。
【００６２】
次に、セラミックヒータ上に、上記のようにして得られた厚さ３００μｍのＬｉ（ＶｘＷ１−ｘ）Ｏ２の多結晶体を高熱伝導性接着剤を用いて接着し、続いて、厚さ５００μｍのＬｉＶＯ２多結晶体を高熱伝導性接着剤を用いて接着した。
【００６３】
次に、ＬｉＶＯ２多結晶体の上に、スパッタリング法で、厚さ５００ｎｍとなるようにＳｉＯ２からなる絶縁層を形成した。
【００６４】
続いて、絶縁層の上に、固体化合物半導体（ＷＯ３）を含み且つ触媒金属化合物として塩化白金酸を分子レベルで均一に分散させたゾルゲル溶液を塗布し、焼成して膜を形成するという工程を厚さが３００ｎｍになるまで繰り返した。その後、乾燥空気中、４００℃で３０分間加熱処理することで水素検知膜としての直径１０ｍｍのＰｔ担持ＷＯ３膜を形成した。
【００６５】
最後に、Ｐｔ担持ＷＯ３膜上に、蒸着により、金からなる一対の櫛歯電極を作製した。このとき、各対の櫛歯電極では、櫛歯の長さを５ｍｍとした。また一対の櫛歯電極の櫛歯同士間の間隔を２５μｍ、櫛歯対の数を１５対とした。
【００６６】
こうして水素ガスセンサを作製した。
【００６７】
（比較例１）
セラミックヒータの上に、Ｌｉ（ＶｘＷ１−ｘ）Ｏ２多結晶体及びＬｉＶＯ２多結晶体のいずれも形成せず、水素検知膜として厚さ３００ｎｍのＰｔ担持ＷＯ３膜を直接形成したこと以外は実施例１と同様にして水素ガスセンサを作製した。
【００６８】
そして、実施例１及び比較例１の水素ガスセンサを防爆のためステンレスチャンバーの中で隣り合うように配置し、同じ環境下で水素ガスの検知を行った。このとき、水素検知膜の温度が２０４℃となるようにヒータの温度をＰＩＤ制御した。また水素ガスは、一対の櫛歯電極間の電気抵抗値を測定することで検知した。
【００６９】
その結果、実施例１の水素ガスセンサでは、比較例１の水素ガスセンサに比べて、水素検知膜における電気抵抗値のバラツキが比較的少なく、水素ガスの検知精度が高くなることが分かった。
【００７０】
また実施例１及び比較例１の水素ガスセンサについて１０００時間、水素ガスの検知を行った後、実施例１及び比較例１の水素ガスセンサにおける水素検知膜を目視にて観察した。その結果、実施例１の水素ガスセンサでは、クラックや水素検知膜の剥離が見られなかった。これに対し、比較例１の水素ガスセンサでは、クラックが見られた。このことから、実施例１の水素ガスセンサは、比較例１の水素ガスセンサに比べて、耐久性の点で優れることが分かった。
【００７１】
以上のことから、本発明の水素ガスセンサによれば、優れた水素ガス検知精度及び耐久性を有することが確認された。
【符号の説明】
【００７２】
１０…水素検知膜
２０…電極
３０…ヒータ
４０…潜熱蓄熱材
４１…第１潜熱蓄熱材
４２…第２潜熱蓄熱材
５０…絶縁層
１００，２００，３００…水素ガスセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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