水素センサ
【課題】水素検知感度と耐久性に優れた水素を提供する。
【解決手段】基板上に形成された薄膜と、薄膜上に形成され雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると薄膜を水素化して薄膜の光学的反射率を変化させる触媒膜を有する水素センサにおいて、さらに触媒膜上に撥水層と撥水性保護膜の双方またはいずれか一方を設けて、撥水層等の撥水作用等で雰囲気中の水分が触媒膜に吸収されないようにする。さらに触媒膜と撥水性保護膜との間に触媒膜の酸化を防ぐ酸化防止膜を設ければ、触媒膜の酸化をより効果的に防ぐことができる。さらに基板と薄膜との間に薄膜を酸化から保護する基板側保護膜を設ければ、薄膜の酸化をより効果的に防ぐことができる。触媒膜の酸化の原因は殆どが雰囲気中の水分だから、撥水層等によって水分阻止に優れた本発明に係る水素センサは、酸化防止膜等を薄くして水素検知感度の低下を防ぎつつ耐久性に優れている。
【解決手段】基板上に形成された薄膜と、薄膜上に形成され雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると薄膜を水素化して薄膜の光学的反射率を変化させる触媒膜を有する水素センサにおいて、さらに触媒膜上に撥水層と撥水性保護膜の双方またはいずれか一方を設けて、撥水層等の撥水作用等で雰囲気中の水分が触媒膜に吸収されないようにする。さらに触媒膜と撥水性保護膜との間に触媒膜の酸化を防ぐ酸化防止膜を設ければ、触媒膜の酸化をより効果的に防ぐことができる。さらに基板と薄膜との間に薄膜を酸化から保護する基板側保護膜を設ければ、薄膜の酸化をより効果的に防ぐことができる。触媒膜の酸化の原因は殆どが雰囲気中の水分だから、撥水層等によって水分阻止に優れた本発明に係る水素センサは、酸化防止膜等を薄くして水素検知感度の低下を防ぎつつ耐久性に優れている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気中の水素ガスを検出するための水素センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の排出を防止するため、水素がエネルギー源として注目されている。しかし、水素ガスは、雰囲気中に漏れると爆発するおそれがあるため、漏洩水素ガスを速やかに検出できる水素センサの開発が進められている。こうした水素センサとして酸化スズを用いた半導体センサが開発されたが、動作温度が摂氏４００度程度と高温であるため、防爆を考慮しなければならない。したがって、上記半導体センサを用いた漏洩水素ガス検知装置は、防爆を要し、構成が複雑になってしまう。
【０００３】
そこで、ガラスやアクリル樹脂等の基板の表面にマグネシウム・ニッケル合金等の薄膜を形成し、この薄膜をパラジウム等の触媒膜の作用で速やかに水素化する（薄膜の物性を変化させる）水素センサが開発された（例えば特許文献１）。この水素センサは、薄膜の水素化にともなう光学的反射率（以下、「反射率」と表示することがある）の変化を検知することで、雰囲気中の漏洩水素ガスを検出することができ、また薄膜が常温で可逆的に水素化するため、漏洩水素ガスを安全かつ迅速に検出することができるという特徴を有している。
【０００４】
しかし、雰囲気に触れる触媒膜が雰囲気中の水分や酸素等を吸収すると、触媒膜が酸化して触媒作用が低下し、さらに薄膜（例えばマグネシウム系合金で形成された薄膜）が酸化して、水素センサが劣化するおそれがある。そこで、触媒膜の表面にシリコン系化合物等からなる酸化防止膜を形成して、触媒膜が水分等を吸収しないようにすることが考えられる。さらに、ガラスやアクリルの基板を有する水素センサでは、僅かながら吸湿性を有する基板が雰囲気中から吸収等した水分や酸素等で、薄膜が酸化するおそれがある。そこで、基板と薄膜との間にシリコン系化合物等からなる基板側保護膜を形成して、基板が吸収等した水分等から薄膜を保護することが考えられる。
【０００５】
しかしながら上記水素センサは、雰囲気中の漏洩水素ガスに触れた触媒膜の触媒の作用で薄膜を水素化するものであるため、酸化防止膜を厚くすると水素検知感度が低下する。すなわち、水素センサの耐久性（酸化防止膜の厚さ）と水素検知感度との間には、相反する関係が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−８３８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、酸化防止膜を形成することなく、あるいは酸化防止膜を設ける場合であっても、薄い酸化防止膜で、触媒膜や薄膜による水分等の吸収を少なくでき（若しくは防止でき）、耐久性が高い水素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】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、基板と、前記基板上に形成された薄膜と、前記薄膜の表面に形成され雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると前記薄膜を水素化して前記薄膜の光学的反射率を変化させる触媒膜を有する水素センサにおいて、前記触媒膜上に形成された高分子ポリマー又は金属からなる撥水性保護膜を有することを特徴とする水素センサを提供する。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記撥水性保護膜上に、撥水層が形成されていることを特徴としている。
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記撥水性保護膜がフッ素系ポリマーからなり、前記撥水層がフッ素系パウダーからなることを特徴としている。
請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれかの発明において、前記触媒膜の表面に形成されて前記触媒膜の酸化を防止する酸化防止膜を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記基板の表面に形成されて前記薄膜を酸化から保護する基板側保護膜を有し、前記薄膜が前記基板側保護膜の表面に形成されたものであることを特徴としている。
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれかの発明において、前記薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、前記触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されたものであることを特徴としている。
【００１１】
請求項７の発明では、請求項１〜６の発明において、前記酸化防止膜がシリコン系化合物であることを特徴としている。
請求項８の発明では、請求項１〜７のいずれかの発明において、前記基板側保護膜がシリコン系化合物であることを特徴としている。
請求項９の発明では、請求項１〜８のいずれかの発明において、前記酸化防止膜の厚さが１ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、触媒膜上に高分子ポリマー又は金属からなる撥水性保護膜が形成されるため、雰囲気中の酸素等をある程度遮断することができ、触媒膜による酸素の吸収を抑制することができる。
請求項２の発明によれば、撥水性保護膜上に、撥水層が形成されるため、雰囲気中の水分が撥水性保護膜に達することを防ぐことができ、仮に雰囲気中の水分が撥水性保護膜に達したとしても、撥水性保護膜が水分を阻止するから、触媒膜に夜酸素の吸収をさらに抑制することができる。こうして撥水層と撥水性保護膜は、撥水作用を有さない酸化防止膜よりも効果的に水分の吸収を防ぎ、また撥水性保護膜が触媒膜による酸素の吸収を阻止するから、該水素センサは、酸化防止膜のみで触媒膜を保護する場合よりも、効果的に水分および酸素等の吸収を防ぐことができ、また薄い撥水性保護膜を用いて水素検知感度低下を少なくできる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、撥水性保護膜をフッ素系ポリマー（例えばテフロン（登録商標）系ポリマー）で形成し、また撥水層をフッ素系パウダー（例えばテフロン（登録商標）系パウダー）で形成すれば、撥水層および撥水性保護膜の撥水作用で水分を効果的に阻止することができ、また撥水性保護膜で酸素の吸収を阻止することができる。すなわち撥水層の撥水作用、撥水性保護膜の撥水作用、および撥水性保護膜の酸素阻止作用の相乗効果で触媒膜や薄膜の酸化を防ぐことができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、触媒膜の表面に触媒膜の酸化を防止する酸化防止膜を形成するので、撥水層、撥水性保護膜および酸化防止膜で水分を阻止でき、また撥水性保護膜および酸化防止膜で酸素を阻止できるから、酸化防止膜のみで触媒膜を保護する場合よりも、効果的に水分および酸素等の吸収を防ぐことができ、また酸化防止膜を薄くして水素検知感度低下を少なくできる。すなわち該水素センサでは、撥水性保護膜または撥水層が酸化防止膜と補い合って効果的に触媒膜や薄膜の劣化を防ぐことはもとより、酸化防止膜を薄くして水素検知感度低下を少なくできる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、基板と薄膜との間に基板側保護膜を形成するので、基板が吸収等した水分等が薄膜に浸透することを防いで、薄膜の酸化を防止できる。
請求項６の発明によれば、薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されるので、水素検出感度が高く、かつ水素ガスに触れると触媒膜の作用で薄膜を迅速かつ可逆的に水素化することができる。
【００１６】
請求項７の発明によれば、酸化防止膜をシリコン系化合物で形成するので、水分や酸素等が触媒膜や薄膜に浸透することを防ぐことができる。ここで酸化防止膜は、撥水性保護膜および撥水層の双方若しくは一方とともに触媒膜の劣化を防ぐから、酸化防止膜のみで触媒膜を保護する場合よりも、効果的に水分および酸素等の吸収を防ぐことができ、また酸化防止膜を薄くして水素検知感度低下を少なくできる。
【００１７】
請求項８の発明によれば、基板側保護膜をシリコン系化合物で形成するので、基板が吸収等した水分等が薄膜に浸透することを防ぐことができる。
請求項９の発明によれば、撥水性保護膜および撥水層の双方またはいずれか一方を有する水素センサにおいて酸化防止膜を設けるときには、撥水層等における撥水作用で触媒膜の酸化が防止できるから、水素検知感度向上のために酸化防止膜を薄くすることができる（例えば１ｎｍ〜２００ｎｍ）。
【００１８】
以上のとおり、本発明に係る水素センサは、撥水層および撥水性保護膜の撥水作用で水分を効果的に阻止できることに加え、撥水性保護膜で酸素の吸収を阻止できるから、触媒膜や薄膜の酸化を防ぐことができて、水素検知感度の低下を防ぎつつ耐久性を向上することができる。また本発明に係る水素センサが、撥水層および撥水性保護膜の双方もしくはいずれか一方を有し、且つ酸化防止膜を有するときには、薄い酸化防止膜を用いても、触媒膜や薄膜の酸化をより効果的に防ぐことができる。よって本発明に係る水素センサは、水素検知感度の低下を防ぎつつ耐久性が向上する。もちろん本発明に係る水素センサが基板側保護膜を有していれば、基板が吸収等した水分等が薄膜に浸透することを防いで、水素センサの耐久性がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る水素センサ（実施例１）の断面概略構成を示す図である（変形例を含む）。
【図２】本発明に係る水素センサ（実施例２）の断面概略構成を示す図である。
【図３】図２の水素センサにおける変形例の断面概略構成を示す図である。
【図４】本発明に係る水素センサ（実施例３）の断面概略構成を示す図である（変形例を含む）。
【図５】撥水層、撥水性保護膜、酸化防止膜および基板側保護膜の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係る水素ガスセンサを説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１を用いて、実施例１に係る水素センサ１０ａを説明する。水素センサ１０ａ（図１（ａ））は、ガラスで形成された基板１１の表面１１ａにマグネシウム・ニッケル合金で薄膜１２を形成し、薄膜１２の表面１２ａにパラジウムで触媒膜１３を形成し、触媒膜１３の表面１３ａに撥水性保護膜１４を形成し、さらに撥水性保護膜１４の表面１４ａに撥水層１５を形成したものである。薄膜１２は、その組成が例えばＭｇＮｉｘ（０≦ｘ＜０．６）であり、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、メッキ法等によって形成することができる。触媒膜１３は、薄膜１２の表面１２ａにコーティング等によって形成することができ、その厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００２２】
撥水性保護膜１４は、撥水性に富む表面１４ａを有するテフロン（登録商標）系ポリマー（高分子ポリマー）膜であり、例えばパーフルオロアルキルアクリレート等をフッ素系溶剤、例えばハイドロフロロカーボン等で希釈した溶液を用いて、ディップコート、スピンコート、スプレーコート等によって形成した薄膜である。撥水性保護膜１４は、水素通過性を有し、水素分子よりも分子径が大きい酸素等の通過を阻止することができる。ただし良好な水素透過性を確保するためには、撥水性保護膜１４を２０００ｎｍより薄くすることが望ましい。また、撥水性保護膜１４を金属で形成してもよい。金属としては、Ni：ニッケル、Ti：チタン、V：バナジウム、Nb：ニオブ、ZrNi：ジルコニアニッケル等を用いることができる。これらの金属を、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、メッキ法等で形成する。またその厚さは、１ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。
【００２３】
撥水層１５は、例えばポリテトラフルオロエチレン等のテフロン（登録商標）系パウダー（粒状物）をディップコート、スピンコート、スプレーコートによって形成したもので、高い空隙率（高い通気性）、および撥水性を有している。ただし撥水層１５は、例えば１０ｎｍより薄いと水分阻止効果が低下し、２０００ｎｍより厚いと通気性が低下するから（水素が通過しにくくなるから）、厚さは１０ｎｍ〜２０００ｎｍが好ましい。
【００２４】
かかる水素センサ１０ａは、水素濃度が１００ｐｐｍ以上又は１％程度以上の雰囲気に触れると、数秒〜１０秒程度で触媒膜１３が薄膜１２を水素化して、薄膜１２の光学的反射率が迅速に変化する（光学的反射率が低下する（透過率が高くなる））。しかも水素センサ１０ａは、雰囲気中の水分を撥水層１５で阻止でき、仮に撥水層１５を通過した水分があっても、表面１４ａの撥水性で水分通過を阻止できるから、水分阻止能力が高く、撥水性保護膜１４を透過して触媒膜１３に吸収される水分を極めて僅かにすることができる。もちろん基板１１、薄膜１２、触媒膜１３は、同様の作用を奏するものであれば上記のものに限定されない。例えば基板１１は、金属、アクリル樹脂、ポリエチレンシート（ポリエチレンフィルム）等で形成することができ、薄膜１２は、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金、若しくはマグネシウム等で形成することができ、そして触媒膜１３は白金等で形成することができる。また撥水性保護膜１４は、テフロン（登録商標）系ポリマー膜を形成できるものであれば前述したものに限定されず、撥水層１５は、テフロン（登録商標）系パウダー層を形成できるものであれば前述したものに限定されない。
（実施例１の変形例）
図１（ｂ）に示す水素センサ１０ａ’は、水素センサ１０ａの基板１１と薄膜１２との間に、さらに基板側保護膜１６を設けたものである。この基板側保護膜１６は、水分、酸素等の通過を阻止するためのもので例えば二酸化珪素からなり、スパッタリング法、真空蒸着法、メッキ法等で形成される。基板側保護膜１６の厚さは、基板１１の吸湿性（水分や酸素等を吸収する度合い）等に応じて適宜設定すればよく、基板側保護膜１６についは、水素の通過性を考慮する必要はない。かかる基板側保護膜１６を設けた水素センサ１０ａ’は、基板１１が吸収等した水分等が薄膜１２に浸透することを防ぐから、耐久性がさらに向上する。なお基板１１を、吸湿性が高いアクリル樹脂またはポリエチレンシート等で形成した場合には、基板側保護膜１６を設けることが望ましい。
【実施例２】
【００２５】
図２を用いて、実施例２に係る水素センサ１０ｂを説明する。なお実施例１と同様の機能を有する構成要素には、同一の符号を附しその説明を省略する。水素センサ１０ｂは、実施例１の水素センサ１０ａにおける触媒膜１３と撥水性保護膜１４の間に、さらに酸化防止膜１７を加えたものである（触媒膜１３の表面１３ａに酸化防止膜１７を形成し、酸化防止膜１７の表面１７ａに撥水性保護膜１４を形成したものである）。この酸化防止膜１７は、基板側保護膜１６と同様にして例えば二酸化珪素で形成されるが、水素通過性を有する一方、酸素等の通過を阻止するものである。ここで酸化防止膜１７は、厚さを１ｎｍ〜２００ｎｍとすることが好ましい。１ｎｍより薄いと酸素が通過しやすくなり、２００ｎｍより厚くすると、水素が通過しにくくなるからである。かかる酸化防止膜１７を有することで、水素センサ１０ｂは、実施例１に比べ、触媒膜１３に到達する酸素をより少なくすることができるから、耐久性をさらに向上することができる。なお酸化防止膜１７は、同様の効果を奏するものであれば、前述したものに限定されない。
（実施例２の変形例）
図３に示す水素センサ１０ｂ’は、水素センサ１０ｂの基板１１と薄膜１２との間に、実施例１の変形例と同様に基板側保護膜１６を設けたものであり、耐久性をさらに向上することができる。
【実施例３】
【００２６】
図４を用いて、実施例３に係る水素センサを説明する。なお実施例１および２と同様の機能を有する構成要素には、同一の符号を附しその説明を省略する。図４（ａ）に示す水素センサ１０ｃは、水素センサ１０ｂ（実施例２）において酸化防止膜１７の表面１７ａに形成される撥水性保護膜１４と撥水層１５を、撥水性保護膜１４のみにしたものである。水素センサ１０ｃでは、雰囲気中の水分は表面１４ａに撥水性を有する撥水性保護膜１４で阻止されるから、触媒膜１３に吸収される水分は極めて僅かである。ここで撥水性保護膜１４は、表面１４ａの撥水性で水分通過を阻止するから薄く形成してもよく、薄くしたことで酸素の通過量が若干増えても、酸化防止膜１７で酸素の通過を阻止することができる。すなわち撥水性保護膜１４が酸化防止膜１７とともに水分通過を阻止するから、水素センサ１０ｃは、撥水性保護膜１４と酸化防止膜１７を薄くして水素検知感度の低下を防ぎつつ、優れた耐久性を実現することができる。
（実施例３の変形例）
図４（ｂ）に示す水素センサ１０ｃ’は、水素センサ１０ｃにおいて酸化防止膜１７の表面１７ａに形成される撥水性保護膜１４を、撥水層１５に替えたものである。水素センサ１０ｃ’では、雰囲気中の水分は、撥水性を有する撥水層１５で阻止され、もし撥水層１５を通過しても、酸化防止膜１７で阻止されるから、触媒膜１３に殆ど到達できない。もちろん撥水層１５を通過した酸素は、酸化防止膜１７で阻止される。このように酸化防止膜１７に加え撥水層１５を設けて、水分阻止能力に優れた水素センサ１０ｃは、酸化防止膜１７を薄くすることができるから、水素検知感度の低下を防ぎつつ優れた耐久性を実現することができる。
【００２７】
図４（ｃ）に示す水素センサ１０ｃ”は、図４（ａ）に示す水素センサ１０ｃ又は図４（ｂ）に示す水素センサ１０ｃ’にさらに基板側保護膜１６を設けたものである。従って水素センサ１０ｃ”は、水素センサ１０ｃおよび水素センサ１０ｃ’よりも高い耐久性を有するものである。
（撥水層、撥水性保護膜、酸化防止膜および基板側保護膜の効果について）
次に撥水層、撥水性保護膜、酸化防止膜および基板側保護膜による耐久性向上の例を図５のグラフを用いて説明する。このグラフは、室内（常温・１気圧）における水素センサの耐久試験の結果を示すものであり、縦軸は水素センサの透過率変化を示し、横軸は耐久試験開始時からの経過日数を示すものである。ここで透過率変化とは、水素センサを最初に大気にさらした（耐久試験開始時）直後において、所定濃度の水素ガスに触れた水素センサの透過率変化を、基準（１００％）とするものである。例えば耐久試験開始直後に水素センサが所定濃度の水素ガスに触れて、透過率が２％から３７％に変化したときには、透過率の変化分は３７−２＝３５％となる。この透過率変化分３５％を１００％にノーマライズしたものが透過率変化である。かかる場合において、透過率の変化が８０％のときには、透過率の変化分は３５％に０．８を乗じた２８％である。
【００２８】
耐久試験では、水素ガス濃度は１０００ｐｐｍとし、基板１１はガラスであり、薄膜１２はマグネシウム・ニッケル合金で厚さが４０ｎｍであり、触媒膜１３はパラジウムで厚さが４ｎｍであり、いずれも実施例１に例示した組成等によるものである。また撥水性保護膜１４は厚さが１０ｎｍであり、撥水層１５は厚さが５０ｎｍであり、基板側保護膜１６は厚さが１０ｎｍであり、酸化防止膜１７は厚さが１０ｎｍであり、いずれも各実施例に例示した組成によるものである。
【００２９】
図５に示す破線１は、基板１１、薄膜１２、触媒膜１３を有する水素センサに基板側保護膜１６を設けた場合における耐久試験の結果である。かかる水素センサでは、耐久試験開始５０日後における透過率変化は約２０％に低下し（破線１と直線Ａの交点）、８６日〜８７日後における透過率変化は０％になってしまう（破線１と直線Ｂの交点）。要するに基板側保護膜１６だけでは、耐久性が低いことがわかる。もちろん基板側保護膜１６がなければ耐久性はさらに低下する。
【００３０】
図５に示す２点鎖線２は、基板１１、薄膜１２、触媒膜１３を有する水素センサに基板側保護膜１６および酸化防止膜１７を設けた場合における耐久試験の結果である。かかる水素センサでは、耐久試験開始５０日後における透過率変化は約９３％であり（２点鎖線２と直線Ａの交点）、８６日〜８７日後における透過率変化は８０％である（２点鎖線２と直線Ｂの交点）。すなわち、破線１と２点鎖線２との差が酸化防止膜１７の効果といえる。
【００３１】
図５に示す１点鎖線３は、基板１１、薄膜１２、触媒膜１３を有する水素センサに基板側保護膜１６、酸化防止膜１７および撥水性保護膜１４を設けた場合における耐久試験の結果であるから、実施例３の変形例（図４（ｃ）の水素センサ１０ｃ”）において撥水性保護膜１４を設けた場合における耐久試験の結果である。かかる水素センサ１０ｃ”では、耐久試験開始５０日後における透過率変化は約９７％であり（１点鎖線３と直線Ａの交点）、８６日〜８７日後における透過率変化は約９４％であり（１点鎖線３と直線Ｂの交点）、１５０日後における透過率変化は約９２％である（１点鎖線３と直線Ｃの交点）。このように水素センサ１０ｃ”は、耐久性に優れており、ここで２点鎖線２と１点鎖線３との差が撥水性保護膜１４の効果といえるのである。
【００３２】
図５に示す実線４は、基板１１、薄膜１２、触媒膜１３を有する水素センサに基板側保護膜１６、酸化防止膜１７、撥水性保護膜１４および撥水層１５を設けた場合における耐久試験の結果であるから、実施例２の変形例（水素センサ１０ｂ’）における耐久試験の結果である。水素センサ１０ｂ’では、耐久試験開始５０日後、８６日〜８７日後、および１５０日後における透過率変化は、それぞれ約１００％で、最も高い耐久性を有することが判る。
【００３３】
ところで気体で存在する酸素よりも、水分（水蒸気）に含まれる酸素の方が極めて多いから、触媒膜の酸化の原因は、その殆どが雰囲気中の水分といえる。すなわち撥水性保護膜および撥水層の双方もしくはいずれか一方を有して、水分阻止能力が高い本発明に係る水素センサは、撥水性保護膜および酸化防止膜の双方またはいずれか一方を薄くして水素検知感度の低下を極力少なくすることができるとともに、優れた耐久性を実現することができるのである。なお本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形し実施できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１０ａ、１０ａ’ 水素センサ
１０ｂ、１０ｂ’ 水素センサ
１０ｃ、１０ｃ’、１０ｃ” 水素センサ
１１ 基板
１１ａ 基板の表面
１２ 薄膜
１２ａ 薄膜の表面
１３ 触媒膜
１３ａ 触媒膜の表面
１４ 撥水性保護膜
１４ａ 撥水性保護膜の表面
１５ 撥水層
１６ 基板側保護膜
１６ａ 基板側保護膜の表面
１７ 酸化防止膜
１７ａ 酸化防止膜の表面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気中の水素ガスを検出するための水素センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の排出を防止するため、水素がエネルギー源として注目されている。しかし、水素ガスは、雰囲気中に漏れると爆発するおそれがあるため、漏洩水素ガスを速やかに検出できる水素センサの開発が進められている。こうした水素センサとして酸化スズを用いた半導体センサが開発されたが、動作温度が摂氏４００度程度と高温であるため、防爆を考慮しなければならない。したがって、上記半導体センサを用いた漏洩水素ガス検知装置は、防爆を要し、構成が複雑になってしまう。
【０００３】
そこで、ガラスやアクリル樹脂等の基板の表面にマグネシウム・ニッケル合金等の薄膜を形成し、この薄膜をパラジウム等の触媒膜の作用で速やかに水素化する（薄膜の物性を変化させる）水素センサが開発された（例えば特許文献１）。この水素センサは、薄膜の水素化にともなう光学的反射率（以下、「反射率」と表示することがある）の変化を検知することで、雰囲気中の漏洩水素ガスを検出することができ、また薄膜が常温で可逆的に水素化するため、漏洩水素ガスを安全かつ迅速に検出することができるという特徴を有している。
【０００４】
しかし、雰囲気に触れる触媒膜が雰囲気中の水分や酸素等を吸収すると、触媒膜が酸化して触媒作用が低下し、さらに薄膜（例えばマグネシウム系合金で形成された薄膜）が酸化して、水素センサが劣化するおそれがある。そこで、触媒膜の表面にシリコン系化合物等からなる酸化防止膜を形成して、触媒膜が水分等を吸収しないようにすることが考えられる。さらに、ガラスやアクリルの基板を有する水素センサでは、僅かながら吸湿性を有する基板が雰囲気中から吸収等した水分や酸素等で、薄膜が酸化するおそれがある。そこで、基板と薄膜との間にシリコン系化合物等からなる基板側保護膜を形成して、基板が吸収等した水分等から薄膜を保護することが考えられる。
【０００５】
しかしながら上記水素センサは、雰囲気中の漏洩水素ガスに触れた触媒膜の触媒の作用で薄膜を水素化するものであるため、酸化防止膜を厚くすると水素検知感度が低下する。すなわち、水素センサの耐久性（酸化防止膜の厚さ）と水素検知感度との間には、相反する関係が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−８３８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、酸化防止膜を形成することなく、あるいは酸化防止膜を設ける場合であっても、薄い酸化防止膜で、触媒膜や薄膜による水分等の吸収を少なくでき（若しくは防止でき）、耐久性が高い水素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】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、基板と、前記基板上に形成された薄膜と、前記薄膜の表面に形成され雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると前記薄膜を水素化して前記薄膜の光学的反射率を変化させる触媒膜を有する水素センサにおいて、前記触媒膜上に形成された高分子ポリマー又は金属からなる撥水性保護膜を有することを特徴とする水素センサを提供する。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記撥水性保護膜上に、撥水層が形成されていることを特徴としている。
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記撥水性保護膜がフッ素系ポリマーからなり、前記撥水層がフッ素系パウダーからなることを特徴としている。
請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれかの発明において、前記触媒膜の表面に形成されて前記触媒膜の酸化を防止する酸化防止膜を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記基板の表面に形成されて前記薄膜を酸化から保護する基板側保護膜を有し、前記薄膜が前記基板側保護膜の表面に形成されたものであることを特徴としている。
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれかの発明において、前記薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、前記触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されたものであることを特徴としている。
【００１１】
請求項７の発明では、請求項１〜６の発明において、前記酸化防止膜がシリコン系化合物であることを特徴としている。
請求項８の発明では、請求項１〜７のいずれかの発明において、前記基板側保護膜がシリコン系化合物であることを特徴としている。
請求項９の発明では、請求項１〜８のいずれかの発明において、前記酸化防止膜の厚さが１ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、触媒膜上に高分子ポリマー又は金属からなる撥水性保護膜が形成されるため、雰囲気中の酸素等をある程度遮断することができ、触媒膜による酸素の吸収を抑制することができる。
請求項２の発明によれば、撥水性保護膜上に、撥水層が形成されるため、雰囲気中の水分が撥水性保護膜に達することを防ぐことができ、仮に雰囲気中の水分が撥水性保護膜に達したとしても、撥水性保護膜が水分を阻止するから、触媒膜に夜酸素の吸収をさらに抑制することができる。こうして撥水層と撥水性保護膜は、撥水作用を有さない酸化防止膜よりも効果的に水分の吸収を防ぎ、また撥水性保護膜が触媒膜による酸素の吸収を阻止するから、該水素センサは、酸化防止膜のみで触媒膜を保護する場合よりも、効果的に水分および酸素等の吸収を防ぐことができ、また薄い撥水性保護膜を用いて水素検知感度低下を少なくできる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、撥水性保護膜をフッ素系ポリマー（例えばテフロン（登録商標）系ポリマー）で形成し、また撥水層をフッ素系パウダー（例えばテフロン（登録商標）系パウダー）で形成すれば、撥水層および撥水性保護膜の撥水作用で水分を効果的に阻止することができ、また撥水性保護膜で酸素の吸収を阻止することができる。すなわち撥水層の撥水作用、撥水性保護膜の撥水作用、および撥水性保護膜の酸素阻止作用の相乗効果で触媒膜や薄膜の酸化を防ぐことができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、触媒膜の表面に触媒膜の酸化を防止する酸化防止膜を形成するので、撥水層、撥水性保護膜および酸化防止膜で水分を阻止でき、また撥水性保護膜および酸化防止膜で酸素を阻止できるから、酸化防止膜のみで触媒膜を保護する場合よりも、効果的に水分および酸素等の吸収を防ぐことができ、また酸化防止膜を薄くして水素検知感度低下を少なくできる。すなわち該水素センサでは、撥水性保護膜または撥水層が酸化防止膜と補い合って効果的に触媒膜や薄膜の劣化を防ぐことはもとより、酸化防止膜を薄くして水素検知感度低下を少なくできる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、基板と薄膜との間に基板側保護膜を形成するので、基板が吸収等した水分等が薄膜に浸透することを防いで、薄膜の酸化を防止できる。
請求項６の発明によれば、薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されるので、水素検出感度が高く、かつ水素ガスに触れると触媒膜の作用で薄膜を迅速かつ可逆的に水素化することができる。
【００１６】
請求項７の発明によれば、酸化防止膜をシリコン系化合物で形成するので、水分や酸素等が触媒膜や薄膜に浸透することを防ぐことができる。ここで酸化防止膜は、撥水性保護膜および撥水層の双方若しくは一方とともに触媒膜の劣化を防ぐから、酸化防止膜のみで触媒膜を保護する場合よりも、効果的に水分および酸素等の吸収を防ぐことができ、また酸化防止膜を薄くして水素検知感度低下を少なくできる。
【００１７】
請求項８の発明によれば、基板側保護膜をシリコン系化合物で形成するので、基板が吸収等した水分等が薄膜に浸透することを防ぐことができる。
請求項９の発明によれば、撥水性保護膜および撥水層の双方またはいずれか一方を有する水素センサにおいて酸化防止膜を設けるときには、撥水層等における撥水作用で触媒膜の酸化が防止できるから、水素検知感度向上のために酸化防止膜を薄くすることができる（例えば１ｎｍ〜２００ｎｍ）。
【００１８】
以上のとおり、本発明に係る水素センサは、撥水層および撥水性保護膜の撥水作用で水分を効果的に阻止できることに加え、撥水性保護膜で酸素の吸収を阻止できるから、触媒膜や薄膜の酸化を防ぐことができて、水素検知感度の低下を防ぎつつ耐久性を向上することができる。また本発明に係る水素センサが、撥水層および撥水性保護膜の双方もしくはいずれか一方を有し、且つ酸化防止膜を有するときには、薄い酸化防止膜を用いても、触媒膜や薄膜の酸化をより効果的に防ぐことができる。よって本発明に係る水素センサは、水素検知感度の低下を防ぎつつ耐久性が向上する。もちろん本発明に係る水素センサが基板側保護膜を有していれば、基板が吸収等した水分等が薄膜に浸透することを防いで、水素センサの耐久性がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る水素センサ（実施例１）の断面概略構成を示す図である（変形例を含む）。
【図２】本発明に係る水素センサ（実施例２）の断面概略構成を示す図である。
【図３】図２の水素センサにおける変形例の断面概略構成を示す図である。
【図４】本発明に係る水素センサ（実施例３）の断面概略構成を示す図である（変形例を含む）。
【図５】撥水層、撥水性保護膜、酸化防止膜および基板側保護膜の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係る水素ガスセンサを説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１を用いて、実施例１に係る水素センサ１０ａを説明する。水素センサ１０ａ（図１（ａ））は、ガラスで形成された基板１１の表面１１ａにマグネシウム・ニッケル合金で薄膜１２を形成し、薄膜１２の表面１２ａにパラジウムで触媒膜１３を形成し、触媒膜１３の表面１３ａに撥水性保護膜１４を形成し、さらに撥水性保護膜１４の表面１４ａに撥水層１５を形成したものである。薄膜１２は、その組成が例えばＭｇＮｉｘ（０≦ｘ＜０．６）であり、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、メッキ法等によって形成することができる。触媒膜１３は、薄膜１２の表面１２ａにコーティング等によって形成することができ、その厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００２２】
撥水性保護膜１４は、撥水性に富む表面１４ａを有するテフロン（登録商標）系ポリマー（高分子ポリマー）膜であり、例えばパーフルオロアルキルアクリレート等をフッ素系溶剤、例えばハイドロフロロカーボン等で希釈した溶液を用いて、ディップコート、スピンコート、スプレーコート等によって形成した薄膜である。撥水性保護膜１４は、水素通過性を有し、水素分子よりも分子径が大きい酸素等の通過を阻止することができる。ただし良好な水素透過性を確保するためには、撥水性保護膜１４を２０００ｎｍより薄くすることが望ましい。また、撥水性保護膜１４を金属で形成してもよい。金属としては、Ni：ニッケル、Ti：チタン、V：バナジウム、Nb：ニオブ、ZrNi：ジルコニアニッケル等を用いることができる。これらの金属を、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、メッキ法等で形成する。またその厚さは、１ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。
【００２３】
撥水層１５は、例えばポリテトラフルオロエチレン等のテフロン（登録商標）系パウダー（粒状物）をディップコート、スピンコート、スプレーコートによって形成したもので、高い空隙率（高い通気性）、および撥水性を有している。ただし撥水層１５は、例えば１０ｎｍより薄いと水分阻止効果が低下し、２０００ｎｍより厚いと通気性が低下するから（水素が通過しにくくなるから）、厚さは１０ｎｍ〜２０００ｎｍが好ましい。
【００２４】
かかる水素センサ１０ａは、水素濃度が１００ｐｐｍ以上又は１％程度以上の雰囲気に触れると、数秒〜１０秒程度で触媒膜１３が薄膜１２を水素化して、薄膜１２の光学的反射率が迅速に変化する（光学的反射率が低下する（透過率が高くなる））。しかも水素センサ１０ａは、雰囲気中の水分を撥水層１５で阻止でき、仮に撥水層１５を通過した水分があっても、表面１４ａの撥水性で水分通過を阻止できるから、水分阻止能力が高く、撥水性保護膜１４を透過して触媒膜１３に吸収される水分を極めて僅かにすることができる。もちろん基板１１、薄膜１２、触媒膜１３は、同様の作用を奏するものであれば上記のものに限定されない。例えば基板１１は、金属、アクリル樹脂、ポリエチレンシート（ポリエチレンフィルム）等で形成することができ、薄膜１２は、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金、若しくはマグネシウム等で形成することができ、そして触媒膜１３は白金等で形成することができる。また撥水性保護膜１４は、テフロン（登録商標）系ポリマー膜を形成できるものであれば前述したものに限定されず、撥水層１５は、テフロン（登録商標）系パウダー層を形成できるものであれば前述したものに限定されない。
（実施例１の変形例）
図１（ｂ）に示す水素センサ１０ａ’は、水素センサ１０ａの基板１１と薄膜１２との間に、さらに基板側保護膜１６を設けたものである。この基板側保護膜１６は、水分、酸素等の通過を阻止するためのもので例えば二酸化珪素からなり、スパッタリング法、真空蒸着法、メッキ法等で形成される。基板側保護膜１６の厚さは、基板１１の吸湿性（水分や酸素等を吸収する度合い）等に応じて適宜設定すればよく、基板側保護膜１６についは、水素の通過性を考慮する必要はない。かかる基板側保護膜１６を設けた水素センサ１０ａ’は、基板１１が吸収等した水分等が薄膜１２に浸透することを防ぐから、耐久性がさらに向上する。なお基板１１を、吸湿性が高いアクリル樹脂またはポリエチレンシート等で形成した場合には、基板側保護膜１６を設けることが望ましい。
【実施例２】
【００２５】
図２を用いて、実施例２に係る水素センサ１０ｂを説明する。なお実施例１と同様の機能を有する構成要素には、同一の符号を附しその説明を省略する。水素センサ１０ｂは、実施例１の水素センサ１０ａにおける触媒膜１３と撥水性保護膜１４の間に、さらに酸化防止膜１７を加えたものである（触媒膜１３の表面１３ａに酸化防止膜１７を形成し、酸化防止膜１７の表面１７ａに撥水性保護膜１４を形成したものである）。この酸化防止膜１７は、基板側保護膜１６と同様にして例えば二酸化珪素で形成されるが、水素通過性を有する一方、酸素等の通過を阻止するものである。ここで酸化防止膜１７は、厚さを１ｎｍ〜２００ｎｍとすることが好ましい。１ｎｍより薄いと酸素が通過しやすくなり、２００ｎｍより厚くすると、水素が通過しにくくなるからである。かかる酸化防止膜１７を有することで、水素センサ１０ｂは、実施例１に比べ、触媒膜１３に到達する酸素をより少なくすることができるから、耐久性をさらに向上することができる。なお酸化防止膜１７は、同様の効果を奏するものであれば、前述したものに限定されない。
（実施例２の変形例）
図３に示す水素センサ１０ｂ’は、水素センサ１０ｂの基板１１と薄膜１２との間に、実施例１の変形例と同様に基板側保護膜１６を設けたものであり、耐久性をさらに向上することができる。
【実施例３】
【００２６】
図４を用いて、実施例３に係る水素センサを説明する。なお実施例１および２と同様の機能を有する構成要素には、同一の符号を附しその説明を省略する。図４（ａ）に示す水素センサ１０ｃは、水素センサ１０ｂ（実施例２）において酸化防止膜１７の表面１７ａに形成される撥水性保護膜１４と撥水層１５を、撥水性保護膜１４のみにしたものである。水素センサ１０ｃでは、雰囲気中の水分は表面１４ａに撥水性を有する撥水性保護膜１４で阻止されるから、触媒膜１３に吸収される水分は極めて僅かである。ここで撥水性保護膜１４は、表面１４ａの撥水性で水分通過を阻止するから薄く形成してもよく、薄くしたことで酸素の通過量が若干増えても、酸化防止膜１７で酸素の通過を阻止することができる。すなわち撥水性保護膜１４が酸化防止膜１７とともに水分通過を阻止するから、水素センサ１０ｃは、撥水性保護膜１４と酸化防止膜１７を薄くして水素検知感度の低下を防ぎつつ、優れた耐久性を実現することができる。
（実施例３の変形例）
図４（ｂ）に示す水素センサ１０ｃ’は、水素センサ１０ｃにおいて酸化防止膜１７の表面１７ａに形成される撥水性保護膜１４を、撥水層１５に替えたものである。水素センサ１０ｃ’では、雰囲気中の水分は、撥水性を有する撥水層１５で阻止され、もし撥水層１５を通過しても、酸化防止膜１７で阻止されるから、触媒膜１３に殆ど到達できない。もちろん撥水層１５を通過した酸素は、酸化防止膜１７で阻止される。このように酸化防止膜１７に加え撥水層１５を設けて、水分阻止能力に優れた水素センサ１０ｃは、酸化防止膜１７を薄くすることができるから、水素検知感度の低下を防ぎつつ優れた耐久性を実現することができる。
【００２７】
図４（ｃ）に示す水素センサ１０ｃ”は、図４（ａ）に示す水素センサ１０ｃ又は図４（ｂ）に示す水素センサ１０ｃ’にさらに基板側保護膜１６を設けたものである。従って水素センサ１０ｃ”は、水素センサ１０ｃおよび水素センサ１０ｃ’よりも高い耐久性を有するものである。
（撥水層、撥水性保護膜、酸化防止膜および基板側保護膜の効果について）
次に撥水層、撥水性保護膜、酸化防止膜および基板側保護膜による耐久性向上の例を図５のグラフを用いて説明する。このグラフは、室内（常温・１気圧）における水素センサの耐久試験の結果を示すものであり、縦軸は水素センサの透過率変化を示し、横軸は耐久試験開始時からの経過日数を示すものである。ここで透過率変化とは、水素センサを最初に大気にさらした（耐久試験開始時）直後において、所定濃度の水素ガスに触れた水素センサの透過率変化を、基準（１００％）とするものである。例えば耐久試験開始直後に水素センサが所定濃度の水素ガスに触れて、透過率が２％から３７％に変化したときには、透過率の変化分は３７−２＝３５％となる。この透過率変化分３５％を１００％にノーマライズしたものが透過率変化である。かかる場合において、透過率の変化が８０％のときには、透過率の変化分は３５％に０．８を乗じた２８％である。
【００２８】
耐久試験では、水素ガス濃度は１０００ｐｐｍとし、基板１１はガラスであり、薄膜１２はマグネシウム・ニッケル合金で厚さが４０ｎｍであり、触媒膜１３はパラジウムで厚さが４ｎｍであり、いずれも実施例１に例示した組成等によるものである。また撥水性保護膜１４は厚さが１０ｎｍであり、撥水層１５は厚さが５０ｎｍであり、基板側保護膜１６は厚さが１０ｎｍであり、酸化防止膜１７は厚さが１０ｎｍであり、いずれも各実施例に例示した組成によるものである。
【００２９】
図５に示す破線１は、基板１１、薄膜１２、触媒膜１３を有する水素センサに基板側保護膜１６を設けた場合における耐久試験の結果である。かかる水素センサでは、耐久試験開始５０日後における透過率変化は約２０％に低下し（破線１と直線Ａの交点）、８６日〜８７日後における透過率変化は０％になってしまう（破線１と直線Ｂの交点）。要するに基板側保護膜１６だけでは、耐久性が低いことがわかる。もちろん基板側保護膜１６がなければ耐久性はさらに低下する。
【００３０】
図５に示す２点鎖線２は、基板１１、薄膜１２、触媒膜１３を有する水素センサに基板側保護膜１６および酸化防止膜１７を設けた場合における耐久試験の結果である。かかる水素センサでは、耐久試験開始５０日後における透過率変化は約９３％であり（２点鎖線２と直線Ａの交点）、８６日〜８７日後における透過率変化は８０％である（２点鎖線２と直線Ｂの交点）。すなわち、破線１と２点鎖線２との差が酸化防止膜１７の効果といえる。
【００３１】
図５に示す１点鎖線３は、基板１１、薄膜１２、触媒膜１３を有する水素センサに基板側保護膜１６、酸化防止膜１７および撥水性保護膜１４を設けた場合における耐久試験の結果であるから、実施例３の変形例（図４（ｃ）の水素センサ１０ｃ”）において撥水性保護膜１４を設けた場合における耐久試験の結果である。かかる水素センサ１０ｃ”では、耐久試験開始５０日後における透過率変化は約９７％であり（１点鎖線３と直線Ａの交点）、８６日〜８７日後における透過率変化は約９４％であり（１点鎖線３と直線Ｂの交点）、１５０日後における透過率変化は約９２％である（１点鎖線３と直線Ｃの交点）。このように水素センサ１０ｃ”は、耐久性に優れており、ここで２点鎖線２と１点鎖線３との差が撥水性保護膜１４の効果といえるのである。
【００３２】
図５に示す実線４は、基板１１、薄膜１２、触媒膜１３を有する水素センサに基板側保護膜１６、酸化防止膜１７、撥水性保護膜１４および撥水層１５を設けた場合における耐久試験の結果であるから、実施例２の変形例（水素センサ１０ｂ’）における耐久試験の結果である。水素センサ１０ｂ’では、耐久試験開始５０日後、８６日〜８７日後、および１５０日後における透過率変化は、それぞれ約１００％で、最も高い耐久性を有することが判る。
【００３３】
ところで気体で存在する酸素よりも、水分（水蒸気）に含まれる酸素の方が極めて多いから、触媒膜の酸化の原因は、その殆どが雰囲気中の水分といえる。すなわち撥水性保護膜および撥水層の双方もしくはいずれか一方を有して、水分阻止能力が高い本発明に係る水素センサは、撥水性保護膜および酸化防止膜の双方またはいずれか一方を薄くして水素検知感度の低下を極力少なくすることができるとともに、優れた耐久性を実現することができるのである。なお本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形し実施できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１０ａ、１０ａ’ 水素センサ
１０ｂ、１０ｂ’ 水素センサ
１０ｃ、１０ｃ’、１０ｃ” 水素センサ
１１ 基板
１１ａ 基板の表面
１２ 薄膜
１２ａ 薄膜の表面
１３ 触媒膜
１３ａ 触媒膜の表面
１４ 撥水性保護膜
１４ａ 撥水性保護膜の表面
１５ 撥水層
１６ 基板側保護膜
１６ａ 基板側保護膜の表面
１７ 酸化防止膜
１７ａ 酸化防止膜の表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された薄膜と、前記薄膜の表面に形成され雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると前記薄膜を水素化して前記薄膜の光学的反射率を変化させる触媒膜を有する水素センサにおいて、
前記触媒膜上に形成された高分子ポリマー又は金属からなる撥水性保護膜を有することを特徴とする水素センサ。
【請求項２】
前記撥水性保護膜上に、撥水層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水素センサ。
【請求項３】
前記撥水性保護膜がフッ素系ポリマーからなり、前記撥水層がフッ素系パウダーからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素センサ。
【請求項４】
前記触媒膜の表面に形成されて前記触媒膜の酸化を防止する酸化防止膜を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項５】
前記基板の表面に形成されて前記薄膜を酸化から保護する基板側保護膜を有し、前記薄膜が前記基板側保護膜の表面に形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項６】
前記薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、
前記触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項７】
前記酸化防止膜がシリコン系化合物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項８】
前記基板側保護膜がシリコン系化合物であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項９】
前記酸化防止膜の厚さが１ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された薄膜と、前記薄膜の表面に形成され雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると前記薄膜を水素化して前記薄膜の光学的反射率を変化させる触媒膜を有する水素センサにおいて、
前記触媒膜上に形成された高分子ポリマー又は金属からなる撥水性保護膜を有することを特徴とする水素センサ。
【請求項２】
前記撥水性保護膜上に、撥水層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水素センサ。
【請求項３】
前記撥水性保護膜がフッ素系ポリマーからなり、前記撥水層がフッ素系パウダーからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素センサ。
【請求項４】
前記触媒膜の表面に形成されて前記触媒膜の酸化を防止する酸化防止膜を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項５】
前記基板の表面に形成されて前記薄膜を酸化から保護する基板側保護膜を有し、前記薄膜が前記基板側保護膜の表面に形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項６】
前記薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、
前記触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項７】
前記酸化防止膜がシリコン系化合物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項８】
前記基板側保護膜がシリコン系化合物であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水素センサ。
【請求項９】
前記酸化防止膜の厚さが１ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の水素センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２１０２４２（Ｐ２０１０−２１０２４２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３３４１（Ｐ２００９−５３３４１）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（３９１０６４００５）株式会社アツミテック (39)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（３９１０６４００５）株式会社アツミテック (39)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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