JPH0235352A - 水素ガスセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 ト発明は、水素検出装置に用いる水素ガスセン→ノ゛−
に関する。

（ロ）従来の技術 従来、可燃性ガス漏ｈＷ報器やガス濃度計に用いられる
力′スセンサーとして、金属酸化物焼結体型１′、導体
ガスセッサーや接触燃焼式ガスセンサーが首及している
。そして、半導体ガスセンサーは半導体表面とガスの吸
着現象により、電気抵抗や仕事関数なとの物性が変化ｒ
るという性質を利用するものであり、又、接触燃焼式ガ
スセッサーはカス検知機能を持つ物質の表面でのガスの
接触燃焼現象により、温度変化を受けて電気抵抗が変化
Ｖるという性質を利用するものである（特開昭６１−６
６９５６号公報、特開昭６１−２２３６４２号公報参照
）。

（ハ）発明が解決しようとする課題 然し乍ら、上記従来のガスセッサーでは、ガスの吸着現
象や燃焼現象などを利用していたため、被検ガス中の各
種ガスに対して反応してしまい、水素ガスのみを選択的
に検知することが困難であった。

又、これ等のガスセッサーの作動温度が一般に２００〜
５００°Ｃど高温を必要とするためセンサー素子の劣化
が起こりやずいという問題点があった。

〈二〉　課題を解決するための手段 本発明による水素ガスセンサーは、圧電基板上に櫛型励
振電極と櫛型受信電極とを設け、これ等の両電極間位置
に水素吸蔵合金薄膜を被着している。

（ホ）作用 本発明によれば励振、受信両電極間の水素吸蔵合金薄膜
が水素ガスを含有す゛る雰囲気中で水素ガスのみを吸収
して発熱し、両電極間での弾性表面波の伝播条件が変化
りることから水素ガスに対して選択的な検知作用を果た
す。

くべ）実施例 以ド、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
。第１図は本発明の水素ガスセンサーの概略図を例示し
たものである。（１）はガスセンサの主要部を成す圧電
体基板で、例えば長さ１１０ｎ１、幅２　ｍｍ、厚さＱ
、１ｍｍのＬ　ｉＮ　ｂ　Ｏｓから構成されている。（
２）はこの基板く１）の表面の−・側に設けられた弾性
表面波（３）を励振する櫛型励振電極、（４）はこの櫛
型励振電極（２〉に対向して圧電体基板（１）の他側に
設（′）られた櫛型受信電極であり、１ヤ（弧し！励振
電、ｔｉｌパ２）から圧電体基板（１）の表面夕伝播し
７で来る弾性表面波（３）を受信して電気借りに変換す
る働きを為１ｏこれ等の櫛型電極（２）（４）ｌ；ｌ対
数５０対、電極間隔５μｍ、交差長１画、電極１９み１
０００人のフルミニウ１．蒸若膜にて構成され゛（いる
。（５）は両横型電極＜２　）（４ン間の圧電体基板（
１）の表面を被覆し、た水素吸蔵冶金薄膜で、長さは基
板（１）の全幅（こわたる２１ＭＩ　１幅は０．５ｍｍ
、膜厚１０００人にで構成されている。ぞして、この薄
膜（５）は、選択的に水素吸放出特性を持つＬ　ａ　Ｎ
　ｉ　６なとの合金月利を高周波スパッタ法にて形成し
たものである。

次に、このような構成の水素づｊスセン−リ″−の動作
についで説１す］する。大気中において櫛型励振電極〈
２）に連な−、ジノ−力端子（６）によりインパルス１
且Ｊ−「を印加すると、櫛型励振電極（２）は、圧電効
果に、Ｊり隣り合う電極間（、′互いに逆位相の歪みが
）」シ、弾性表面波（３〉か励起され、る。、二の弾性
表面波（３）は基板（１）の表面を伝播し、櫛型受信電
極（４）に到達し電気−Ｔ：　：イルギーに変換きれ、
出力＝３ 端子（７〉から高周波出力として取り出される。

、二のように動作しているセンサーを水素１％、空気９
９％で組成′；：寥れた被検ガス中に投入すると、水素
吸蔵合金薄膜〈５）は水素を吸収し、発熱１−るため、
弾性表面波（３）の伝播部が温度上昇し、弾性表面波（
３）の伝播速度が変化し、出力端子（７）の高周波出力
の周波数が変化する。又、同センサを水素１％、メタン
１％、空気９８％の雰囲気中に置いでも同様に出力端子
（７）からの高周波出力の周波数が変化する。

一力、このセンサーを水素を含まない、例えばメタン１
％、空気９９％で組成されたガス中に置くと、出力周波
数は変化上ず、このガスには反応しないことが判明した
。

この反応状況を第２図の表図にまとめた。水素吸蔵合金
？′＃膜（５）はＬａＬｉｇ系の薄膜である。

この第２図には対比例としてＳ　ｎ　Ｏ、型半導体ガス
センサーの反応状況を示しており、この半導体ガスセン
サーは、何れのガス雰囲気にも反応し、水素ガスに対す
る選択性がないことが判る。

又、ガスセンサーとしての作動温度は、５ｎＯｚ型半導
体ガスセンザーの場合、３００°Ｃ程度と比較的高いが
、本発明センサ−−−の場合は５０°Ｃと低温であるの
で温度に起囚丈る経時変化等が少なく、センサー素子の
長寿命化が期待出来る。

第１図に示した構成では出力端子（７）での出力周波数
変化の検知は比較的手数が損かるので、検知周波数の変
化をより識別しや゛すくするために、発振回路を構成−
ψる方法が考えられる。その概略図を第３図に示す。こ
の第３図に於て、（８）は櫛型励振電極（２）と１ｌｌ
ｉｉ型受信電極（４）との間に接続した帰還増幅回路で
、受信電極く４〉で受信した信号をこの帰還増幅回路（
８）で増幅して、再び櫛型励振電極（２）に帰還ず乙こ
とによって発振回路を構成する。

この発振回路の動作原理を説明すると、被検カス中の水
素ガスが水素吸蔵合金薄膜（５）と反応して発熱し、弾
性表面波（３）の伝播路の温度が上昇ｊ−る。そのため
、弾性表面波（３）の伝播速度が変化し、又、位相条件
が変化して発振回路の発振条件が変化し、発振周波数が
変化する。この発振周波数は、発振出力端子（９）から
出力きれる。又、この発振回路の出力の発振周波数の帯
域は第１図に示した構成のものより狭いため、出力の発
振周波数変化が識別しやすい。具体的には、５０°Ｃの
空気中での発振回路の発振周波数が１７０ＭＨｚＯ）場
合、５０℃での水素１％、空気９９％の被検ガス中では
薄膜（５）が水素を吸収することにより約２０’Ｃ昇温
し、その結果センサー出力とじ一〇発振周波数が約２０
０Ｈｚ変化した。

尚、水素吸蔵合金の水素吸放出反応の温度条件は、その
合金組成により異なることが知られている。このため本
発明の水素ガスセンサーに於ては、その便用用途での被
検ガメ温度により、最適な合金組成の選択が望ましい。

５０’Ｃ近傍では上記し／、−ようにＬ　ａ　Ｎ　ｉ　
ｓ系を含む希土類−ニッケル基合金が適しでおり、以下
センサーの使用温度が５０〜２００℃に上昇するにつれ
て、Ｃａ−Ｎｉ系、Ｚｒ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｃｏ系、Ｍ　
ｇ　−Ｎ　ｉ系合金なとが適してくる。又、使用温度が
５０’Ｃより下降するにつれてＦｅ−Ｔｉ系、Ｔ　ｉ　
−Ｍ　ｎ系合金なとが適Ｉ７てくる。そして、上記水素
吸蔵合金薄膜（５）の形成方法として、スパッタ法以外
にもイオンプレーディング法、ノラッシュ蒸着法などが
利用可能である。

（１・）発明の効果 以−にの様に、本発明によれは、圧電体基板上に櫛型励
振電極と櫛型受信１ｆ極を設け、これ等の両′￥：、極
間位置に水素吸蔵合金薄膜を被着しているので、被検ガ
ス中の水素ガスと水素吸蔵合金薄膜との選択的な吸放出
反応によって生しる温度変化を出力周波数変化から検知
することができる。従って、接触燃焼式又は半導体式ガ
スセンザーなとの従来のセンサーでは不可能であった水
素ガスのみの選択検知が可能となる。又１作動温度は従
来のセンサーに比へて十分に低いので、センザー素子の
劣化が少なく、長寿命化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水素ガスセンザーの斜視図、第２
図（ｊ本発明セ〕／→ノー−と従来例とのガス検知状況
を対比して示した表図、第３図は本発明の機能を高めた
場合の構成を示ず斜視図である。 （１）・・・圧電体基板、（２）・・・櫛型励振電極、
（３）・・弾性表面波、（４）・・・櫛型受信電極、（
５）・・・水素吸蔵合金薄膜、（８）・・・帰還増幅回
路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性表面波を伝播させる圧電体基板上に、弾性表
   面波を励振する櫛型励振電極とその電極から上部圧電体
   基板表面を伝播して来る弾性表面波を受信する櫛型受信
   電極とを設けると共に、これ等両電極間の上記圧電体基
   板表面の少なくとも一部を水素吸蔵合金薄膜にて被覆し
   て成る水素ガスセンサー。
2. （２）特許請求の範囲第１項において上記櫛型励振電極
   と櫛型受信電極との間に帰還増幅回路を接続して発振回
   路を構成させて成る水素ガスセンサー。