(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で、かつ経時による水素検知能力の劣化が生じにくい水素ガスセンサーを提供する。【解決手段】互いに離間して配置された検出電極１２及び参照電極１４と、両電極の間に配設されたプロトン導電体層１３と、を備える水素ガスセンサー１０において、両電極は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料からなり、両電極のうち参照電極のみがガラス層１５で被覆されており、プロトン導電体層が、ガラス層と検出電極とに接している。これにより、両電極が水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料で構成されているにもかかわらず、両電極間に電位差を生じさせることができ、水素ガスの存在を検出することができる。【選択図】図１
2009276188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間して配置された検出電極及び参照電極と、前記検出電極と前記参照電極との間に配設されたプロトン導電体層と、を備える水素ガスセンサーにおいて、前記検出電極及び参照電極は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料からなり、前記検出電極及び前記参照電極のうち参照電極のみがガラス層で被覆されており、前記プロトン導電体層が、前記ガラス層と前記検出電極とに接していることを特徴とする水素ガスセンサー。
【請求項２】
前記検出電極及び参照電極は、水素ガスに対する触媒作用を有する金属もしくは合金から選択された同種材料からなることを特徴とする請求項１記載の水素ガスセンサー。
【請求項３】
水素選択透過性を有し、前記ガラス層及び前記プロトン導電体層を被覆する保護層をさらに有することを特徴とする請求項１記載の水素ガスセンサー。
【請求項４】
前記参照電極と前記ガラス層との間に第２のプロトン導電体層を有することを特徴とする請求項１記載の水素ガスセンサー。
【請求項５】
前記検出電極及び参照電極は、基板の一方の主面側に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の水素ガスセンサー。
【請求項６】
前記基板は、プロトン導電性を有さない絶縁性基板であることを特徴とする請求項５記載の水素ガスセンサー。
【請求項７】
前記基板は、前記一方の主面上にプロトン導電性を有さない膜が形成されたものであることを特徴とする請求項５記載の水素ガスセンサー。
【請求項８】
前記基板の他方の主面側にヒータを有することを特徴とする請求項５記載の水素ガスセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中、あるいは他の雰囲気ガス中に漏れた水素ガスの検出に適する水素ガスセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止対策として、種々の分野で水素エネルギーの利用が検討されている。そして、無色無臭の水素ガスを安全に取り扱うために、水素ガスの漏れを検出するセンサーが求められている。特許文献１には、従来の水素ガスセンサーの一例が記載されている。具体的には、図１３に示すように、隔壁部１０４をポンピング用セル１０２と検出用セル１０３とで挟むとともに隙間をガラスシール１１２，１１３で封止した水素水蒸気センサー１０１が記載されている。前記ポンピング用セル１０２は、多孔質でＰｔ，Ａｕ，Ｆｅ,Ｃｕ,Ｚｎ,Ｍｏ等の電気伝導性に優れた金属からなる第１電極１０６及び第２の電極１０７、これらの電極と接触するプロトン導電性固体電解質１０５、前記第１電極１０６と第２電極１０７に接続された直流電源１０８、を備える。また、前記検出用セル１０３は、上記電気伝導性に優れた金属からなる第３電極１０９及び第４電極１１０、これらの電極と接触するプロトン導電性固体電解質１０５、前記第３電極１０９と第４電極１１０に接続されたエレクトロメータ（起電力測定手段)１１１、を備える。また、隔壁部１０４には、厚み方向に貫通する孔１１４が形成されている。
【０００３】
上記水素水蒸気センサー１０１は、ポンピング用セル１０２において、測定ガスから隔壁部１０４の孔１１４内に基準ガスを生成する。検出用セル１０３において、隔壁部１０４の孔１１４内の基準ガスと測定ガスとの濃淡差により生じた起電力をエレクトロメータ１１１で測定して、測定ガスのガス濃度を知ることができる
【０００４】
また、特許文献２には、従来の水素ガスセンサーの他の例が記載されている。具体的には、図１４に示すように、水素ガスに対する科学的ポテンシャルが互いに異なる第１の電極２１２及び第２の電極２１４を備えた水素ガスセンサー２１０が記載されている。第１の電極２１２及び第２の電極２１４と、これらの電極と接触する電解質２１６とを備え、前記第１の電極２１２及び前記第２の電極２１４はお互いに水素ガスに対する化学ポテンシャルが異なる材料からなる。第１の電極２１２は相対的に前記化学ポテンシャルの高い材料を含み、第２の電極２１４は相対的に前記化学ポテンシャルの低い材料を含む。第１の電極２１２を水素ガスに対する検出電極として機能させるとともに、第２の電極２１４を水素ガスに対する基準電極として機能させる。これら電極間に発生する起電力（ＥＭＦ）値に基づいて水素ガスを検出する。
【特許文献１】特開２００１−５０９３３号公報
【特許文献２】特開２００７−４７１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記前者の背景技術に記載の水素水蒸気センサー１０１においては、ポンピング用セル１０２や隔壁部１０４を有するために、小型化に不向きであった。また、上記後者の背景技術に記載の水素ガスセンサー２１０においては、化学ポテンシャルが異なる材料からなる一対の電極２１２，２１４を有するので、例えば図１５に示すように、第１の電極２１２と第２の電極２１４との間に発生する起電力（ＥＭＦ）が時間の経過とともに低下する。このため、水素ガスセンサー２１０の水素検知能力が経時的に劣化を生じるという課題があった。
【０００６】
本発明は、小型で、かつ経時による水素検知能力の劣化が生じにくい水素ガスセンサー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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、（１）互いに離間して配置された検出電極及び参照電極と、前記検出電極と前記参照電極との間に配設されたプロトン導電体層と、を備える水素ガスセンサーにおいて、前記検出電極及び参照電極は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料からなり、前記検出電極及び前記参照電極のうち参照電極のみがガラス層で被覆されており、前記プロトン導電体層が、前記ガラス層と前記検出電極とに接している。（・・・以下第１の課題解決手段と称する。）
【０００８】
上記水素ガスセンサーの主要な形態の一つは、上記第１の課題解決手段に加えてさらに、前記検出電極及び参照電極が、水素ガスに対する触媒作用を有する金属もしくは合金から選択された同種材料からなる。（・・・以下第２の課題解決手段と称する。）  
【０００９】
また、上記水素ガスセンサーの他の主要な形態の一つは、上記第１の課題解決手段に加えてさらに、水素選択透過性を有し、前記ガラス層及び前記プロトン導電体層を被覆する保護層を有する。（・・・以下第３の課題解決手段と称する。）
【００１０】
また、上記水素ガスセンサーの他の主要な形態の一つは、上記第１の課題解決手段に加えてさらに、前記参照電極と前記ガラス層との間に第２のプロトン導電体層を有する。（・・・以下第４の課題解決手段と称する。）
【００１１】
また、上記水素ガスセンサーの他の主要な形態の一つは、上記第１の課題解決手段に加えてさらに、前記検出電極及び参照電極が、基板の一方の主面側に形成されたものである。（・・・以下、第５の課題解決手段と称する。）
【００１２】
また、上記水素ガスセンサーの他の主要な形態の一つは、上記第５の課題解決手段に加えてさらに、前記基板が、プロトン導電性を有さない絶縁性基板である。（・・・以下、第６の課題解決手段と称する。）
【００１３】
また、上記水素ガスセンサーの他の主要な形態の一つは、上記第５の課題解決手段に加えてさらに、前記基板が、前記一方の主面上にプロトン導電性を有さない膜が形成されたものである。（・・・以下、第７の課題解決手段と称する。）
【００１４】
また、上記水素ガスセンサーの他の主要な形態の一つは、上記第５の課題解決手段に加えてさらに、前記基板の他方の主面側にヒータを有する。（・・・以下、第８の課題解決手段と称する。）
【００１５】
上記第１の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記検出電極及び参照電極は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料からなり、前記検出電極及び参照電極のうち参照電極のみがガラス層で被覆されており、前記プロトン導電体層が、前記ガラス層と前記検出電極とに接している。このため、該センサーが水素ガスに触れたとき、参照電極はガラス層で被覆されているので、参照電極表面における水素ガスの濃度が前記検出電極の表面に比較して低い状態となる。そして、検出電極の表面では水素ガスがプロトンと電子とに分解される反応が生じる。（H２  →  ２H＋  ＋２e−）一方、水素ガス濃度が低い参照電極の表面では前記検出電極の表面に比較して上記分解反応が生じにくい。このため、検出電極及び参照電極が水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料で構成されているにもかかわらず、両電極間に電位差が生じ、水素ガスの存在を検出することができる。
【００１６】
また、上記第２の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記検出電極及び参照電極は、水素ガスに対する触媒作用を有する金属もしくは合金から選択された同種材料からなる。このため、水素ガスに触れていない状態、もしくは水素ガス濃度が安定している状態においては、起電力の発生がなく、検出能力が経時劣化するのを抑制することができる。
【００１７】
また、上記第３の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、水素選択透過性を有し、前記ガラス層及び前記プロトン導電体層を被覆する保護層をさらに有する。このため、前記検出電極及び参照電極が一酸化炭素その他の水素ガス以外のガスと接触し、反応して起電力を生じ、水素ガス検出結果に誤差が生じるのを抑制することができる。  
【００１８】
また、上記第４の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記参照電極と前記ガラス層との間に第２のプロトン導電体層を有する。このため、参照電極の表面で、プロトンが電子を受け取り水素ガスを生じる反応が前記ガラス層で規制されるのを抑制することができる。
【００１９】
また、上記第５の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記検出電極及び参照電極は、基板の一方の主面側に形成されたものである。このため、検出電極と参照電極とを所定の間隔で配置することができ、安定して生産することができる。
【００２０】
また、上記第６の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記基板は、プロトン導電性を有さない絶縁性基板である。このため、参照電極のガラス層による被覆を容易にすることができる。
【００２１】
また、上記第７の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記基板は、前記一方の主面上にプロトン導電性を有さない膜が形成されたものである。このため、前記基板が導電性を有する場合であっても、水素ガスを安定して検出することができる。
【００２２】
また、上記第８の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記基板の他方の主面側にヒータを有する。このため、高温域においてプロトン導電性を示す材料をプロトン導電体として用いることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の水素ガスセンサーによれば、検出電極及び参照電極が水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料で構成されているにもかかわらず、両電極間に電位差を生じさせることができ、水素ガスの存在を検出することができる。このため、小型で、かつ経時による水素検知能力の劣化が生じにくい水素ガスセンサーを提供することができる。本発明の上記目的とそれ以外の目的、構成特徴、作用効果は、以下の説明と添付図面によって
明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の水素ガスセンサーの第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の水素ガスセンサー１０を示す内部構造の一部を透視した斜視図である。図２は、上記図１のＡ−Ａ線における縦断面図である。図３は、本実施形態の水素ガスセンサー１０の出力特性を示す図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー１０は、基板１１の一方の主面上に検出電極１２と参照電極１４とが互いに離間して配置されている。そして、前記検出電極１２と参照電極１４との間にプロトン導電体層１３が配設されている。前記検出電極１２及び参照電極１４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極１２及び参照電極１４のうち参照電極１４のみがガラス層１５で被覆されている。前記プロトン導電体層１３は、前記ガラス層１５と前記検出電極１２とを一体に被覆するように、前記ガラス層１５と前記検出電極１２とに接している。前記基板１１は、プロトン導電性を有さない絶縁性基板（例えばアルミナセラミック）から構成されている。前記検出電極１２及び参照電極１４から、前記基板１１の主面上から一方の端面に亘って、良導電性の金属（例えばＣｕ）からなる一対の引出導体１２ａ，１４ａが形成されている。前記引出導体１２ａ，１４ａは、起電力を測定するための電圧計の一対の入力端子のそれぞれに接続されている。
【００２６】
本実施形態の水素ガスセンサー１０の検出電極１２及び参照電極１４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料からなる。このため、前記水素ガスセンサー１０が水素ガスに触れる以前は、起電力を生じない。該水素ガスセンサー１０が水素ガスに曝されると、プロトン導電体層１３と接する前記検出電極１２の表面では、水素ガスが分解されてプロトンと電子を生じる（Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−）反応が生じる。一方、参照電極１４はガラス層１５で被覆されているので、参照電極１４表面における水素ガスの濃度が前記検出電極１２の表面の水素ガスの濃度に比較して低い状態となる。このため、水素ガス濃度が低い参照電極１４の表面では前記検出電極１２の表面に比較して上記分解反応が生じにくい。検出電極１２の表面で生じたプロトンは、プロトン導電体層１３を経て、参照電極１４を被覆しているガラス層１５の細孔を経由して参照電極１４の表面に至る。また前記検出電極１２の表面で発生した電子は引出導体１２ａ，電圧計、引出導体１４ａを経由して参照電極１４に至り、該参照電極１４の表面で水素ガスが生成される。
【００２７】
このとき、例えば電圧計の前記検出電極１２に接続された入力端子側を基準電位（０Ｖ）とすると、図３に示すように、マイナス（−）の起電力が生じることになる。また、図示省略するが、例えば参照電極１４に接続された入力端子側を基準電位（０Ｖ）とした場合には、プラス（＋）の起電力が生じることになる。本実施形態の水素ガスセンサー１０は、前者および後者のいずれの接続方法でも水素ガスを検出することができる。
【００２８】
また、本実施形態の水素ガスセンサー１０の検出電極１２及び参照電極１４は、水素ガスに対する触媒作用を有する金属もしくは合金から選択された同種材料からなるので、経時により検出能力が劣化することがない。
【００２９】
次に、本発明の水素ガスセンサーの第２の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、第２の実施形態の水素ガスセンサー２０の内部構造を示す縦断面図である。
【００３０】
図４に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー２０は、基板２１の一方の主面上に検出電極２２と参照電極２４とが互いに離間して配置されている。そして、前記検出電極２２と参照電極２４との間にプロトン導電体層２３が配設されている。前記検出電極２２及び参照電極２４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極２２及び参照電極２４のうち参照電極２４のみがガラス層２５で被覆されている。前記プロトン導電体層２３は、前記ガラス層２５と前記検出電極２２とを一体に被覆するように、前記ガラス層２５と前記検出電極２２とに接している。本実施形態の水素ガスセンサー２０が先の実施形態と異なる点は、水素選択透過性を有し、前記プロトン導電体層２３（及び前記ガラス層２５）を被覆する保護層２６をさらに有することにある。このため、前記検出電極２２及び参照電極２４が一酸化炭素その他の水素ガス以外のガスと接触し、反応して起電力を生じ、水素ガス検出結果に誤差が生じるのを抑制することができる。その他の構成及び作用効果は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００３１】
次に、本発明の水素ガスセンサーの第３の実施形態について図５を参照して説明する。図５は、第３の実施形態の水素ガスセンサー３０の内部構造を示す縦断面図である。
【００３２】
図５に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー３０は、基板３１の一方の主面上に検出電極３２と参照電極３４とが互いに離間して配置されている。そして、前記検出電極３２と参照電極３４との間にプロトン導電体層３３が配設されている。前記検出電極３２及び参照電極３４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極３２及び参照電極３４のうち参照電極３４のみがガラス層３５で被覆されている。前記プロトン導電体層３３は、前記検出電極３２を覆うように、前記ガラス層３５と前記検出電極３２とに接している。また、水素選択透過性を有し、前記ガラス層３５及び前記プロトン導電体層３３を被覆する保護層３６をさらに有する。本実施形態の水素ガスセンサー３０が先の第２実施形態と異なる点は、第２の実施形態ではプロトン導電体層２３が検出電極２２とガラス層２５とを一体に被覆するように形成されていたが、これに限定するものではなく、例えば、本実施形態のように、検出電極３２のみを被覆するように形成されていてもよい。その他の構成及び作用効果は第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００３３】
次に、本発明の水素ガスセンサーの第４の実施形態について図６を参照して説明する。図６は、第４の実施形態の水素ガスセンサー４０の内部構造を示す縦断面図である。
【００３４】
図６に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー４０は、基板４１の一方の主面上に検出電極４２と参照電極４４とが互いに離間して配置されている。そして、前記検出電極４２と参照電極４４との間にプロトン導電体層４３が配設されている。前記検出電極４２及び参照電極４４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極４２及び参照電極４４のうち参照電極４４のみがガラス層４５で被覆されている。前記プロトン導電体層４３は、前記ガラス層４５を覆うように、前記ガラス層４５と前記検出電極４２とに接している。また、水素選択透過性を有し、前記検出電極４２、前記プロトン導電体層４３（及びガラス層４５）を被覆する保護層４６をさらに有する。本実施形態の水素ガスセンサー４０が先の第２実施形態と異なる点は、第２の実施形態ではプロトン導電体層２３が検出電極２２とガラス層２５とを一体に被覆するように形成されていたが、これに限定するものではなく、例えば、本実施形態のように、ガラス層４５のみを被覆するように形成されていてもよい。また、前記水素選択透過性を有する保護層４６が、前記検出電極４２と前記プロトン導電体層４３とを一体に被覆するように形成されていてもよい。その他の構成及び作用効果は第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００３５】
次に、本発明の水素ガスセンサーの第５の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、第５の実施形態の水素ガスセンサー５０の内部構造を示す縦断面図である。
【００３６】
図７に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー５０は、基板５１の一方の主面上に検出電極５２と参照電極５４とが互いに離間して配置されている。そして、前記検出電極５２と参照電極５４との間にプロトン導電体層５３が配設されている。前記検出電極５２及び参照電極５４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極５２及び参照電極５４のうち参照電極５４のみがガラス層５５で被覆されている。前記プロトン導電体層５３は、前記ガラス層５５と前記検出電極５２とを一体に被覆するように、前記ガラス層５５と前記検出電極５２とに接している。また、水素選択透過性を有し、前記プロトン導電体層５３（及びガラス層５５）を被覆する保護層５６をさらに有する。本実施形態の水素ガスセンサー５０が先の第２の実施形態と異なる点は、参照電極５４とガラス層５５との間に第２のプロトン導電体層５７を有する点にある。これによれば、参照電極５４の表面で、プロトンが電子を受け取って水素ガスを生じる反応が前記ガラス層５５で規制されるのを抑制することができる。その他の構成及び作用効果は第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００３７】
次に、本発明の水素ガスセンサーの第６の実施形態について図８を参照して説明する。図８は、第６の実施形態の水素ガスセンサー６０の内部構造を示す縦断面図である。
【００３８】
図８に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー６０は、基板６１の一方の主面上に検出電極６２と参照電極６４とが互いに離間して配置されている。前記検出電極６２及び参照電極６４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極６２及び参照電極６４のうち参照電極６４のみがガラス層６５で被覆され、該ガラス層６５と前記検出電極６２とが接している。プロトン導電体層６３は、検出電極６２とガラス層６５とを一体に被覆するように、前記ガラス層６５と前記検出電極６２とに接している。また、水素選択透過性を有し、前記プロトン導電体層６３（及びガラス層６５）を被覆する保護層６６をさらに有する。本実施形態の水素ガスセンサー６０が先の第２実施形態と異なる点は、第２の実施形態では検出電極２２と参照電極２４との間にプロトン導電体層２３が配設されていたが、これに限定するものではなく、例えば、本変形例のように、検出電極６２と参照電極６４との間を埋めるようにガラス層６５が形成され、前記検出電極６２と前記ガラス層６５とを一体に被覆するようにプロトン導電体層６３が形成されていてもよい。本実施形態においては、検出電極６２と参照電極６４との間を埋めるガラス層６５の厚みに比べて、参照電極６４とプロトン導電体層６３との間に存在するガラス層６５の厚みのほうが薄い。このため、検出電極６２の表面で生じたプロトンは、厚みの厚いガラス層６５よりも通りやすいプロトン導電体層６３中を進んで前記ガラス層６５の厚みの薄い部分から参照電極６４に至る。
【００３９】
次に、本発明の水素ガスセンサーの第７の実施形態について図９を参照して説明する。図９は、第７の実施形態の水素ガスセンサー７０の内部構造を示す縦断面図である。
【００４０】
図９に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー７０は、基板７１の一方の主面上に検出電極７２と参照電極７４とが互いに離間して配置されている。そして、前記検出電極７２と参照電極７４との間にプロトン導電体層７３が配設されている。前記検出電極７２及び参照電極７４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極７２及び参照電極７４のうち参照電極７４のみがガラス層７５で被覆されている。前記プロトン導電体層７３は、前記ガラス層７５と前記検出電極７２とを一体に被覆するように、前記ガラス層７５と前記検出電極７２とに接している。また、水素選択透過性を有し、前記プロトン導電体層７３（及びガラス層７５）を被覆する保護層７６をさらに有する。本実施形態の水素ガスセンサー７０が先の第２の実施形態と異なる点は、前記基板７１の他方の主面側にヒータ７８を有することである。これによれば、前記ヒータ７８に通電して前記水素ガスセンサー７０を加熱す
ることにより、高温域においてプロトン導電性を示す材料をプロトン導電体として用いることができる。その他の構成及び作用効果は第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４１】
次に、本発明の水素ガスセンサーの第８の実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は、第８の実施形態の水素ガスセンサー８０の内部構造を示す縦断面図である。
【００４２】
図１０に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー８０は、基板８１‘の一方の主面上に検出電極８２と参照電極８４とが互いに離間して配置されている。そして、前記検出電極８２と参照電極８４との間にプロトン導電体層８３が配設されている。前記検出電極８２及び参照電極８４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極８２及び参照電極８４のうち参照電極８４のみがガラス層８５で被覆されている。前記プロトン導電体層８３は、前記ガラス層８５と前記検出電極８２とを一体に被覆するように、前記ガラス層８５と前記検出電極８２とに接している。また、水素選択透過性を有し、前記プロトン導電体層８３（及びガラス層８５）を被覆する保護層８６をさらに有する。本実施形態の水素ガスセンサー８０が先の第２の実施形態と異なる点は、前記基板８１の一方の主面側に予めプロトン導電性を有さない膜８９が形成されている点にある。これによれば、前記基板８１が導電性を有する場合であっても、水素ガスを安定して検出することができる。その他の構成及び作用効果は第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４３】
次に、本発明の水素ガスセンサーの第９の実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、第９の実施形態の水素ガスセンサー９０を示す内部構造の一部を透視した斜視図である。図１２は、上記図１１のＢ−Ｂ線における横断面図である。
【００４４】
図１１及び図１２に示すように、本実施形態の水素ガスセンサー９０は、検出電極９２と参照電極９４とが互いに離間して配置されている。そして、前記検出電極９２と参照電極９４との間にプロトン導電体層９３が配設されている。前記検出電極９２及び参照電極９４は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料（例えばＰｔ）からなる。前記検出電極９２及び参照電極９４のうち参照電極９４のみがガラス層９５で被覆されている。前記プロトン導電体層９３は、前記ガラス層９５と前記検出電極９２とを一体に被覆するように、前記ガラス層９５と前記検出電極９２とに接している。前記第１〜第８の実施形態の水素ガスセンサーにおいては、前記検出電極及び参照電極が基板の一方の主面側に形成されていたが、これに限定するものではなく、例えば、本実施形態のように一対の引出導体９２ａ，９４ａの先端にそれぞれ水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料が被覆されて検出電極９２、参照電極９４がそれぞれ構成されていてもよい。これによれば、上記各実施形態のようは基板を有さないので、より小型の水素ガスセンサーを提供することができる。その他の構成及び作用効果は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。尚、本実施形態はこれに限定するものではなく、先の第１の実施形態に対して第２〜第７の実施形態に記載したように各種変形を施してもよいのと同様に、本実施形態に対しても各種の変形を施してもよい。
【００４５】
次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。
上記検出電極及び参照電極は、互いに離間して配置されることが好ましく、例えば基板の一方の主面上に形成されることがより好ましい。また、上記検出電極及び参照電極は、水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料からなることが好ましい。そして、水素ガスに対する触媒作用を有する金属もしくは合金から選択された同種材料からなることが好ましい。水素ガスに対する化学ポテンシャルが等しい材料としては、同種材料であることが好ましいが、これに限定するものではない。また、水素ガスに対する触媒作用を有する金属もしくは合金としては、例えば白金、白金合金、パラジウム、パラジウム合金、等があげられる。
【００４６】
上記プロトン導電体層は、上記ガラス層と上記プロトン導電体層とに接していることが好ましい。また、上記プロトン導電体としては、固体または液体状の電解質が好ましい。具体的には、燐タングステン酸や燐モリブデン酸、またはＢａＣｅ０．９Ｙ０．１Ｏ３−α、ＳｒＺｒ０．９Ｙ０．１Ｏ３−α等のペロブスカイト型酸化物、等の固体電解質を用いることが好ましい。
【００４７】
上記ガラス層としては、前記検出電極及び参照電極のうち、参照電極のみを被覆することが好ましい。
【００４８】
上記基板としては、プロトン導電性を有さない絶縁性基板であることが好ましい。また、これに限定するものではなく、例えば、前記検出電極及び参照電極が形成される一方の主面側に予めプロトン導電性を有さない膜が形成されたものであってもよい。
【００４９】
上記水素ガスセンサーは、前記ガラス層及び前記プロトン導電体層を被覆する保護層をさらに有することが好ましい。該保護層としては、水素選択透過性を有することが好ましい。
【００５０】
上記水素ガスセンサーは、前記参照電極と前記ガラス層との間に第２のプロトン導電体層を有することが好ましい。第２のプロトン導電体層としては、前記ガラス層と前記検出電極とに接するプロトン導電体層と同材料からなるものであってもよいし、また、異なる材料からなるものであってもよい。
【００５１】
また、上記水素ガスセンサーは、前記基板の他方の主面側にヒータを有することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、水素エネルギーを利用する各種機器の水素ガス漏れ検出に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の水素ガスセンサーの第１の実施形態の内部構造の一部を透視した斜視図である。
【図２】上記実施形態の内部構造を示す縦断面図である。
【図３】上記実施形態の水素ガスセンサーの出力特性を示す図である。
【図４】本発明の水素ガスセンサーの第２の実施形態の内部構造を示す縦断面図である。
【図５】本発明の水素ガスセンサーの第３の実施形態の内部構造を示す縦断面図である。
【図６】本発明の水素ガスセンサーの第４の実施形態の内部構造を示す縦断面図である。
【図７】本発明の水素ガスセンサーの第５の実施形態の内部構造を示す縦断面図である。
【図８】本発明の水素ガスセンサーの第６の実施形態の内部構造を示す縦断面図である。
【図９】本発明の水素ガスセンサーの第７の実施形態の内部構造を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の水素ガスセンサーの第８の実施形態の内部構造を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の水素ガスセンサーの第９の実施形態の内部構造の一部を透視した斜視図である。
【図１２】上記実施形態の内部構造を示す横断面図である。
【図１３】背景技術の一例の内部構造を示す断面図である。
【図１４】背景技術の他の例の内部構造を示す断面図である。
【図１５】上記背景技術の水素ガスセンサーの出力特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０：水素ガスセンサー１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１：基板１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２：検出電極１２ａ，９２ａ：引出導体１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３：第１のプロトン導電体層１４，２４，３４，４４，５４，６４，７４，８４，９４：参照電極１４ａ，９４ａ：引出導体１５，２５，３５，４５，５５，６５，７５，８５，９５：ガラス層２６，３６，４６，５６，６６，７６，８６，９６：保護層（水素選択透過性膜）５７：第２のプロトン導電体層７８：ヒータ８９：下地膜
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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