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光学式水素ガス検出素子及びその製造方法と、その素子を使用した光学式水素ガス検知装置及び方法

国内特許コード P07A010168
整理番号 6514
掲載日 2007年7月31日
出願番号 特願2005-311065
公開番号 特開2007-121013
登録番号 特許第4644869号
出願日 平成17年10月26日(2005.10.26)
公開日 平成19年5月17日(2007.5.17)
登録日 平成22年12月17日(2010.12.17)
発明者
  • 高野 勝昌
  • 山本 春也
  • 井上 愛知
  • 吉川 正人
出願人
  • 独立行政法人 日本原子力研究開発機構
発明の名称 光学式水素ガス検出素子及びその製造方法と、その素子を使用した光学式水素ガス検知装置及び方法
発明の概要

【課題】 可燃性を有する水素ガスに対して、安全で、反応速度が速くかつ高感度に検出可能な光学式水素ガス検出素子及びその製造方法、ならびにその光学式水素ガス検出素子を使って水素ガスを光学的に検知するための装置及び方法を提供すること。
【解決手段】 透明基板と、該透明基板上に形成された高配向性の酸化タングステン薄膜と、該高配向性酸化タングステン薄膜の表面上に堆積された触媒金属とから構成される光学式水素ガス検出素子であって、該触媒金属が分子状の水素ガスを吸着して水素原子へと解離するものである、前記光学式水素ガス検出素子。また、その光学式水素ガス検出素子を用いた光学式水素ガス検知装置及び方法。
【選択図】 なし

特許請求の範囲 【請求項1】
可視光線透過性の透明基板と、該透明基板上に形成された高配向性の酸化タングステン薄膜と、該高配向性酸化タングステン薄膜の表面上に堆積された触媒金属とから構成される光学式水素ガス検出素子であって、
該高配向性酸化タングステン薄膜が、単斜晶(001)面のみに結晶配向したものであり、
該触媒金属が分子状の水素ガスを吸着して水素原子へと解離するものである、
光学式水素ガス検出素子。

【請求項2】
前記透明基板が、セラミックスから構成される基板である、請求項1に記載の光学式水素ガス検出素子。

【請求項3】
堆積された触媒金属の厚さが30nm~50nmである、請求項1又は2に記載の光学式水素ガス検出素子。

【請求項4】
高配向性酸化タングステン薄膜が、透明基板の一表面又は両表面上に形成された、請求項1~のいずれか1項に記載の光学式水素ガス検出素子。

【請求項5】
タングステンを含むスパッタリングターゲットをスパッタリングして、可視光線透過性の透明基板上に酸化タングステン薄膜を形成し、次いで、該酸化タングステン薄膜の表面上に触媒金属を堆積する光学式水素ガス検出素子の製造方法であって、
スパッタリングを行う際の透明基板の基板温度を400℃~700℃とし、酸化タングステン薄膜の堆積速度を0.2μm/h~1.0μm/hとして、単斜晶(001)面にのみ結晶配向した高配向性酸化タングステン薄膜を形成することを特徴とする方法。

【請求項6】
スパッタリングを減圧酸化雰囲気で行う、請求項に記載の光学式水素ガス検出素子の製造方法。

【請求項7】
スパッタリングを、アルゴンと酸素の混合減圧酸化雰囲気で行う、請求項に記載の光学式水素ガス検出素子の製造方法。

【請求項8】
スパッタリングターゲットが金属タングステンである、請求項5~7のいずれか1項に記載の光学式水素ガス検出素子の製造方法。

【請求項9】
光源と、光学式水素ガス検出素子と、受光素子と、該光源から発せられる可視光線を該光学式水素ガス検出素子へと入射する第一の光学導波管系と、該光学式水素ガス検出素子を透過する透過光を該受光素子へと伝送する第二の光学導波管系と、該受光素子により発せられる電気信号から水素ガスによる信号を選別する信号処理手段と、該信号処理手段により選別された水素ガスによる信号を検知して警報する警報手段とから構成される光学式水素ガス検知装置であって、
該光学式水素ガス検出素子が請求項1~のいずれか1項に記載の光学式水素ガス検出素子であることを特徴とする、光学式水素ガス検知装置。

【請求項10】
光学式水素ガス検出素子が脱着又は交換可能である、請求項に記載の光学式水素ガス検知装置。

【請求項11】
雰囲気中1%濃度の水素ガスを5秒以内に検知する感度を有する、請求項9又は10に記載の光学式水素ガス検知装置。

【請求項12】
光源から発せられる可視光線を請求項1~のいずれか1項に記載の光学式水素ガス検出素子へと入射させ、該光学式水素ガス検出素子を透過する透過光を受光素子へと伝送して電気信号に変換し、該受光素子により発せられる電気信号から水素ガスによる信号を選別することを含む光学式水素ガス検知方法であって、
雰囲気中1%濃度の水素ガスが存在する場合に、光学式水素ガス検出素子の触媒金属に分子状の水素ガスが吸着されて水素原子へと解離され、次いで水素原子が触媒金属の下層の高配向性酸化タングステン薄膜に拡散して着色を呈することによる透過光強度の変化量が10%以上となるまでの時間が5秒以内であることを特徴とする、光学式水素ガス検知方法。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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