氢传感器制造技术

本发明专利技术是关于对氢的浓度进行测量的氢传感器的发明专利技术，从而提供一种灵敏度高且量产性优异的氢传感器。本发明专利技术的氢传感器的特征在于，晶体板(1)上形成有至少第一晶体振子(2)和第二晶体振子(3)，第一晶体振子在两面形成有由铂黑的铂涂膜(8)形成的氢反应催化剂层(4)，第二晶体振子上形成有氢非反应层(5)，通过氢反应催化剂层而使氢被氧化，并以因氧化热而上升了的第一晶体振子的温度作为第一晶体振子的固有频率的变化，并以第二晶体振子的固有频率作为基准来进行测量，从而对氢浓度进行测量。

Hydrogen sensor

The invention relates to the invention of a hydrogen sensor for measuring the concentration of hydrogen, thereby providing a hydrogen sensor with high sensitivity and excellent mass production. The hydrogen sensor of the present invention is characterized by the formation of at least the first crystal oscillator (2) and the second crystal oscillator (3) on the crystal plate (1), the first crystal vibrator forms a hydrogen reaction catalyst layer (4) formed by platinum black coating (8) on both sides, and a hydrogen non reactive layer (5) is formed on the second crystal vibrator, and the catalyst layer is reacted by hydrogen to the catalyst layer. The hydrogen is oxidized and the temperature of the first crystal oscillator, which is rising because of the heat of oxidation, is used as the natural frequency of the first crystal oscillator, and is measured with the natural frequency of the second crystal oscillator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢传感器
本专利技术涉及一种对氢的浓度进行测量的氢传感器的专利技术，从而提供一种灵敏度高且量产性优异的氢传感器。
技术介绍
为了应对环境问题，则氢作为能源而备受关注。即，氢作为燃料电池的燃料、或者内燃机中直接燃烧的燃料等而备受关注。其特征在于，即使氢燃烧也仅生成水，从而每单位重量的能量密度高。而且，因为氢可通过利用太阳电池等电能来电解水而容易获得。另一方面，氢与氧混合会因火花等而简単地发生爆炸，因此需要准确地检测出来自储气罐等容器的泄漏。即，氢在空气中的浓度超过4％时会产生爆炸的可能性，因此期望出现容易量产的对该浓度进行检测的传感器。因此，如专利文献1所公开那样，开发一种如下的专利技术，即，在晶体的结晶板之上形成氢反应催化剂层，通过该催化剂层的作用而使氢被氧化并产热，从而掌握晶体的结晶板的温度上升、固有频率发生变化来对氢浓度进行测量。专利文献1所公开的专利技术为在晶体振子的表面形成氢反应催化剂层，从而其特征在于已经确立出量产方法，实用性高。此外专利文献2所公开的专利技术与专利文献1所公开的专利技术相比测量值稳定。即为晶体板的第四区域单面或双面形成氢反应催化剂层，且晶体板的表面的5区域形成同样的氢非反应层的结构。并且，通过氢反应催化剂层而使氢被氧化，并且以晶体板的5区域的固有频率为基准对因氧化热实现的晶体板的第一晶体振子的固有频率的变化进行测量，并对氢浓度进行测量。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2008-224581号公报专利文献2：日本特开2010-256157号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，上述那样的专利文献1所公开的现有的氢传感器存在如下问题，即，通过氢反应催化剂层的发热而使晶体振子的温度上升来对氢浓度进行测量，因而测量值会因所使用的环境的温度而偏离。此外，专利文献2所公开的专利技术的特征在于，即使相对于气氛温度的变化，测量值也会处于稳定，但存在如下需求，即，欲获求灵敏度高的传感器。另一方面，还需要满足如下要求，即，欲防止通过提高灵敏度使相对于晶体振子的冲击的强度下降的要求、和欲提高量产性的要求。本专利技术着眼于以上方面，从而想要提供一种如下的氢传感器，即，测量数据因环境温度本身、环境温度的变化而产生误差的情况较少且灵敏度高，而且即使灵敏度提高，强度也不会不足，并且量产性也优异的氢传感器。用于解决课题的方案本专利技术中的氢传感器的特征在于，晶体板上至少形成有第一晶体振子和第二晶体振子，所述第一晶体振子在两面形成有由铂黑的铂涂膜形成的氢反应催化剂层，所述第二晶体振子上形成有氢非反应层，通过所述氢反应催化剂层而使氢被氧化，并且以因氧化热而上升了的所述第一晶体振子的温度作为所述第一晶体振子的固有频率的变化，并以所述第二晶体振子的固有频率作为基准来进行测量，从而对氢浓度进行测量。或者，本专利技术中的氢传感器的特征在于，晶体板上至少形成有第一晶体振子和第二晶体振子，所述第一晶体振子在两面形成有由表面具有多个突起的铂涂膜形成的氢反应催化剂层，所述突起的表面呈现出颗粒状，或者，截面呈现出树枝状、针状、或柱状，所述第二晶体振子上形成有氢非反应层，通过所述氢反应催化剂层而使氢被氧化，并且以因氧化热而上升了的所述第一晶体振子的温度作为所述第一晶体振子的固有频率的变化，并以所述第二晶体振子的固有频率作为基准来进行测量，从而对氢浓度进行测量。专利技术效果本专利技术的氢传感器如上所述那样，在晶体板上形成第一晶体振子和第二晶体振子，第一晶体振子上形成由铂黑形成的氢反应催化剂层，第二晶体振子上形成氢非反应层。或者，第一晶体振子上形成由表面具有多个突起的铂涂膜形成的氢反应催化剂层，突起的表面呈现出颗粒状，或者，截面呈现出树枝状，针状，或柱状。本专利技术中，当与含氢的空气等的气体接触时，第一晶体振子的氢反应催化剂层受到氢的氧化热的影响而发热。此时，第一晶体振子与第二晶体振子均在相同条件下受到氧化热以外的热的影响，因此通过第一晶体振子与第二晶体振子的频率差、频率比、或者将它们组合来进行运算，从而能够排除由氢的氧化热以外的因素而造成影响。因此，即使环境温度发生变化，也能够准确地实施氢浓度的测量。并且，根据本专利技术，与现有技术相比能够提高灵敏度。而且，晶体板的各区域与专利文献2所公开的区域相同，因此提高灵敏度不会使强度下降。此外，氢反应催化剂层的形成可通过电镀来实施，由于没有特别的困难性，因此量产性高。附图说明图1为表示本专利技术的第一实施方式中的氢传感器的主视图。图2为表示本专利技术的第一实施方式中的氢传感器的后视图。图3为表示本专利技术的第二实施方式中的氢传感器的主视图。图4为表示本专利技术的第二实施方式中的氢传感器的后视图。图5为图3、图4所示的氢传感器的剖视图。图6为观察本专利技术的氢传感器的膜厚不同的氢反应催化剂层的表面的SEM照片。图7为观察本专利技术的氢传感器的氢反应催化剂层的截面的SEM照片。图8为图6所示的各SEM照片的部分模式图。图9为图7所示的SEM照片的部分模式图。图10A-图10E为表示本实施方式的氢传感器的制造工序的剖视图。图11为表示本实施方式的氢传感器的氢反应催化剂层的形成工序的立体图。图12为表示本专利技术的氢传感器的特性的曲线图。图13为表示本专利技术的氢传感器的特性的曲线图。图14为表示本专利技术的氢传感器的特性的曲线图。具体实施方式以下，对本专利技术的实施方式(以下称为“本实施方式”)进行详细说明。另外，本专利技术并不局限于以下的实施方式，可在其主旨的范围内进行各种变形来实施。(第一实施方式)以下，根据附图对第一实施方式的氢传感器进行详细说明。图1为表示本专利技术的第一实施方式中的氢传感器的主视图，图2为表示本专利技术的第一实施方式中的氢传感器的后视图。另外，图2的后视图为将图1的主视图以其原本状态进行翻转时左右相反，因此，为了有助于理解，以左右不反转的状态来图示。图1及图2所示的符号1为，通过蚀刻等方式对晶体的结晶进行切割而制作出的晶体板(晶体基板)。符号2为第一晶体振子，符号3为第二晶体振子。如图1、图2所示，在第一晶体振子2上、对晶体板1进行切割而形成的晶体片的两面，形成有氢反应催化剂层4。氢反应催化剂层4由铂涂膜8形成。氢反应催化剂层4作为第一晶体振子2的电极而发挥作用。此外，如图1、图2所示，在第二晶体振子3上、对晶体板1进行切割而形成的晶体片的两面，形成有氢非反应层5。氢非反应层5例如由金薄膜9形成。氢非反应层5作为第二晶体振子3的电极而发挥作用。对铂涂膜8进行说明。铂涂膜8由铂黑形成。在此，“铂黑”是指，已知为强力的氧化还原催化剂的表面呈现黑色的铂涂膜，但，在本实施方式中，表面不是黑色而呈灰色，或者接近灰色的颜色也包括在“铂黑”中。作为铂涂膜8，表面采用粗糙面，或者，铂涂膜8为多孔质材料，并且实际表面积远远大于外观上的表面积。这样的铂涂膜8通过扫描型电子显微镜(SEM)照片而观察到的情况如下。即，铂涂膜8在表面上具有多个突起，通过表面观察，突起显现出颗粒状。或者，通过截面观察，突起显现出树枝状、针状、或柱状。在此，“颗粒状”是指，在SEM照片中显示出点状、块状，并示出一个粒子或多个粒子凝聚后的形状。此外，“树枝状”表示分枝那样的形状，“针状”表示顶端尖锐那样的形状，“柱状”表示“树枝状”“针状”以外的不定形的突状物。另外，在后文中叙述实际的SEM照片。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢传感器，其特征在于，晶体板上至少形成有第一晶体振子和第二晶体振子，所述第一晶体振子在两面形成有由铂黑的铂涂膜形成的氢反应催化剂层，所述第二晶体振子上形成有氢非反应层，通过所述氢反应催化剂层而使氢被氧化，并且以因氧化热而上升了的所述第一晶体振子的温度作为所述第一晶体振子的固有频率的变化，并以所述第二晶体振子的固有频率作为基准来进行测量，从而对氢浓度进行测量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.16 JP 2015-1831061.一种氢传感器，其特征在于，晶体板上至少形成有第一晶体振子和第二晶体振子，所述第一晶体振子在两面形成有由铂黑的铂涂膜形成的氢反应催化剂层，所述第二晶体振子上形成有氢非反应层，通过所述氢反应催化剂层而使氢被氧化，并且以因氧化热而上升了的所述第一晶体振子的温度作为所述第一晶体振子的固有频率的变化，并以所述第二晶体振子的固有频率作为基准来进行测量，从而对氢浓度进行测量。2.一种氢传感器，其特征在于，晶体板上至少形成有第一晶体振子和第二晶体振子，所述第一晶体振子在两面形成有由表面具有多个突起的铂涂膜形成的氢反应催...

【专利技术属性】
技术研发人员：植田敏嗣，大井川宽，
申请(专利权)人：KOA株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP