流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を備えた燃料電池システム
【課題】簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる減圧弁としての機能、あるいは温度遮断弁としての機能を併せ有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムを提供する。
【解決手段】流体が流通する複数の配管を接続する流体配管の接続機構であって、
複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部１を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構３、４、５を備えた第２の部品と、
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構と、
を備えた構成とする。
【解決手段】流体が流通する複数の配管を接続する流体配管の接続機構であって、
複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部１を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構３、４、５を備えた第２の部品と、
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構と、
を備えた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を流通する配管を接続するための流体配管の接続機構とその製造方法、及びこれらの流体配管の接続機構を燃料容器と発電機構との間に備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を流通する配管を接続するカプラには、様々なものが提案されてきた。
通常、カプラは、特許文献１に示されるような構成を有している。すなわち、配管の非接続時には、少なくとも一方のポートは、流体が外に漏れないように閉じており、配管が接続された際に、流体の流通が可能になる。
これは、カプラの一方にチェックバルブが設けられ、もう一方にチェックバルブを押して開くための加圧ピンが設けられることによって実現される。
また、接続時に流体が外部に漏れないようにするためのガスケット、および、カプラが容易に外れないようにするためのロック機構を備えている。
【０００３】
一方、減圧弁は機械加工技術を用いて、様々なタイプのものが作製されてきた。減圧弁は、アクティブ駆動のもの、パッシブ駆動のものに大きく分類される。アクティブ駆動の減圧弁は、圧力センサとバルブ駆動手段、制御機構とを備え、２次圧力が設定圧力に減圧されるようにバルブを駆動する。
また、パッシブ駆動の減圧弁は、設定圧力になると、圧力差を利用して、バルブが自動的に開閉する。
さらに、パッシブ型減圧弁は、パイロット型と直動型に大別される。
パイロット型は、パイロット弁を有し、安定した動作を特徴としている。
また、直動型は、高速応答に対して利点がある。このようなパイロット型において、気体を作動流体とする場合には、圧縮流体の微小な力でも弁の開閉を確実に行なうため、差圧感知機構として、ダイヤフラムがよく用いられる。
【０００４】
小型の減圧弁に関しては、例えば、特許文献２に示すように、ダイヤフラム、弁体、弁体とダイヤフラムを直結するバルブ軸を備えた構造のものが提案されている。
このような構造の減圧弁の製造方法には、非特許文献１に開示されているような製造方法が知られている。この製造方法は、半導体加工技術を用いて、小型の機械要素を作製している点に特徴を有している。
半導体加工技術では、材料には半導体基板が用いられ、成膜、フォトリソグラフィやエッチングといった技術を組み合わせて構造を形成する。
これにより、サブミクロンオーダーの微細加工が可能な上、バッチプロセスにより大量生産化が容易であるという特徴を有する。
特に減圧弁は、複雑な３次元構造を有するため、半導体基板を垂直にエッチングするためのＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）や、複数の半導体基板を接合するための接合技術などが用いられている。
また、弁体と弁座の間は、シリコン酸化物などの犠牲層を介して接合され、プロセスの後半で、犠牲層をエッチングすることにより、弁座からの弁体のリリースを行なっている。
【０００５】
一方、小型の電気機器に搭載するエネルギー源として、小型の燃料電池が注目されている。
燃料電池が小型電気機器の駆動源として有用な理由に体積当たり、重量当たりの供給可能なエネルギー量が従来のリチウムイオン２次電池に比べて、数倍から十倍近くであることが挙げられる。
特に、大きな出力を得るための燃料電池には、水素を燃料に使用するのが最適である。
しかし、水素は常温で気体であり、小型の燃料タンクの中に高密度に水素を貯蔵するための技術が必要である。
【０００６】
このような水素を貯蔵するための技術として、つぎのような方法が知られている。
第一の方法は、水素を圧縮して高圧ガスとして保存する方法である。
タンク内のガスの圧力を２００気圧にすると体積水素密度は１８ｍｇ／ｃｍ3程度となる。
第二の方法は、水素を低温にして、液体として貯蔵する方法である。
水素を液化するためには、大きなエネルギーが必要であること、また、液体水素が自然気化して、漏れだしてしまうことが問題であるが、高密度な保存が可能である。
第三の方法は、水素吸蔵合金を使用して水素を貯蔵する方法である。
この方法では、水素吸蔵合金の比重が大きいため、重量ベースでは、２ｗｔ％程度の水素しか吸蔵できず、燃料タンクが重たくなってしまうという問題点があるが、体積ベースでの吸蔵量は大きいので、小型化には有効である。
とりわけ、小型燃料電池では、取り扱いの容易さと体積あたりの水素充填量の多さから、第三の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる方法がよく用いられる。
【０００７】
発電によって燃料容器内の水素を消費しつくしてしまうと、さらに発電を続けるためには、新たに水素を充填する必要がある。
水素の補充は、燃料電池の発電部を燃料容器につないだまま行うこともできるが、燃料容器を発電部から切り離して行う場合もある。
これは、１つには、充填時に燃料容器内の圧力が高圧になることと、充填の際に容器を冷却することが好ましいが、これらの圧力や温度履歴が発電部に悪影響を与えないようにするためである。
また、利便性や経済性という観点からも、複数の燃料電池を所持して持ち歩くよりも、燃料容器のみを複数持ち歩き、使用中の容器が空になった場合には、新しい容器と交換するのが好ましい。
そのため、燃料容器と燃料電池発電部との間には、カプラを設置して、燃料容器を着脱可能にする方法がよく用いられる。
このようなカプラとして、例えば、特許文献３に示すように、外力によりプラグとソケットトとを分離可能に構成したカプラが提案されている。
【０００８】
一方、固体高分子型燃料電池の発電は以下の様にして行われる。
高分子電解質膜には、パーフルオロスルホン酸系の陽イオン交換樹脂がよく用いられる。例えば、このような膜としては、デュポン社のナフィオンなどがよく知られている。
固体高分子電解質膜を、白金などの触媒を担持した一対の多孔質電極、すなわち、燃料極と酸化剤極とで狭持した膜電極複合体が発電セルとなる。
この発電セルに対して、酸化剤極には酸化剤を、燃料極には燃料極を供給することにより、高分子電解質膜中をプロトンが移動し、発電が行われる。
高分子電解質膜は機械的強度を保ち、また、燃料ガスが透過しないようにするために通常５０〜２００μｍ程度の厚さのものが使用される。
これらの固体高分子電解質膜の強度は３〜５ｋｇ／ｃｍ2程度である。従って、差圧による膜の破断を防ぐためには、燃料電池の酸化剤極室と燃料極室との差圧が、平常時には０．５ｋｇ／ｃｍ2、非常時でも１ｋｇ／ｃｍ2以下になるように制御することが好ましい。
燃料タンク圧と酸化剤極室との差圧が上記圧力よりも小さい場合、燃料タンクと燃料極室とを直結し、特に減圧の必要はない。
しかしながら、酸化剤極室が大気に解放されており、また、より高密度に燃料を充填する場合においては、燃料タンクから燃料極室に燃料を供給する過程において、減圧することが必要となる。
また、発電の起動・停止操作や、発電電力を安定させるためにも、上記機構は必要となる。
【０００９】
上記した特許文献２においては、小型バルブを燃料タンクと燃料電池セルの間に設けることにより、燃料電池セルを大きな圧力差による破断から防ぎ、発電の起動、停止を制御し、発電電力を安定に保っている。
特に、燃料供給路と酸化剤供給路との境界にダイヤフラムを使用し、バルブに直結することで、電気を使用しないで、燃料供給路と酸化剤供給路との差圧により駆動し、燃料電池セルに供給する燃料圧を最適に制御する減圧弁を実現している。
また、特許文献４においては、一次調整弁を備えた部位と、二次調整弁を備えた部位とを分割し、いずれか一方の部位を燃料タンク側または燃料電池側に設け、これらを着脱可能に構成した複弁式の圧力調整器が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２１１８１８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１９９号公報
【特許文献３】特開２００４−２９３７７７号公報
【特許文献４】特開２００５−３３９３２１号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｄｅｂｒａｙ ｅｔ ａｌ、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．、１５、Ｓ２０２−Ｓ２０９、２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来例のものにおいては、燃料タンクと燃料電池セルの間に設けるカプラとしては、必ずしも満足の得られるものではなかった。
例えば、上記特許文献１または特許文献３の従来例のカプラは、圧力調整機能を持たないため、接続時の両配管の圧力はほぼ等しくなっていた。そのため、接続時に圧力を減圧して、一定の圧力の流体を供給したい場合には、別に減圧弁を流路内に設置する必要があった。
また、上記特許文献２の従来例のものは、ダイヤフラム（可動部）、ピストン（伝達機構）、弁体が一体化されているため、これらを分割してカプラとして用いるには不都合が生じる。
また、上記特許文献４の従来例のものは、一次調整弁を備えた部位と、二次調整弁を備えた部位とが、それぞれ分割された構成が採られており、燃料タンクと燃料電池セル間で圧力調整機能を有するカプラとして用いることができるものである。
しかしながら、一次調整弁と二次調整弁を備えた部位が、それぞれ分割された構成が採られているため、構造が複雑となるだけでなく、昨今におけるより一層の小型化が求められている小型燃料電池システムでの要請に応えることは困難である。
特に、一時調整弁は、弁を閉じるためのバネが、ピストン軸延長上で、弁体に対して該ピストンの反対側に位置していた。そのため、減圧弁の層構造が多くなり、構造が複雑になっていた。また、この場合、弁体の位置ずれを防ぐため、前記バネとは別に弁体、あるいは、ピストンにガイドを設ける必要があった。しかしながら、小型の減圧弁においては、小型の軸受けを製作することが非常に困難であるため、ガイド部分での摩擦が大きく、弁を駆動することが難しかった。また、このように厚い部材を重ね合わせた構成は、小型化や量産化に有利な半導体加工技術や、エッチング、プレス加工によって作製することは難しかった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる減圧弁としての機能を有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムの提供を目的とする。
また、本発明は、簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる減圧弁としての機能の他に温度遮断弁としての機能を併せ有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成した流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムを提供するものである。
本発明の流体配管の接続機構は、
流体が流通する複数の配管を接続する流体配管の接続機構であって、
前記複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された、圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた第２の部品と、
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構とを備え、
前記開閉機構が、弁座部と、弁体部と、前記弁体部を支持する支持部とを備え、前記支持部が、前記伝達機構によって伝達される前記可動部の動作に応じて、前記弁体部と前記弁座部間を開閉可能に、前記弁体部を支持し、
前記弁体部を支持する支持部が、前記伝達機構の動作方向に垂直で、かつ前記弁体部を含む平面上に設けられている、前記弁体部を支持する弾性体によって構成され、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続によって、これらの接続部位に前記伝達機構を介して前記可動部の動作を前記開閉機構に伝える圧力制御弁が構成されることを特徴とする
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記可動部が、ダイヤフラムであることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記圧力制御弁が、減圧弁としての機能を有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記弁体部を支持する支持部が、一部に、閾値以上の温度により該弁体部を閉じる位置に変位する温度変位部を含み構成されていることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記温度変位部が、形状記憶合金で形成されていることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記温度変位部が、バイメタルで形成されていることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記圧力制御弁が、減圧弁としての機能の他に、温度遮断弁としての機能を併せ有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記開閉機構が、前記開閉機構が、前記伝達機構の動作方向に垂直方向に延設された貫通孔を有する弾性体で構成され、前記貫通孔が、前記伝達機構により伝達される前記可動部の動作に応じて、前記伝達機構の先端部によって開閉されることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続時においてこれらの接触箇所から流体が漏れるのを防止するためのガスケットを有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続時において該接続を維持するためのロック機構を有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記圧力制御弁の一部を構成する差圧によって動作する可動部、前記可動部の動作によって開閉される開閉機構及び伝達機構のそれぞれが、
シート状部材または板状部材で形成され、それらを積層して構成されていることを特徴とする。
また、本発明の流体配管接続機構の製造方法は、
複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた第２の部品と、
これらの部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構と、を備えた流体配管接続機構の製造方法であって、
前記複数の配管の一方の側に配設するための前記可動部を、シート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記伝達機構を、シート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記複数の配管の他方の側に配設するための前記開閉機構を、弁座部、弁体部および該弁体部を支持する支持部とによって形成するに際し、これらをシート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記可動部側、または前記開閉機構側のいずれか一方に、シート状部材または板状部材でガスケットを形成する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管接続機構の製造方法は、前記シート状部材または板状部材の少なくとも一部に、半導体基板を用いることを特徴とする。
また、本発明は、燃料容器と燃料電池発電部との間に流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムにおいて、
前記流体配管の接続機構が、上記したいずれかに記載の流体配管の接続機構、
または上記したいずれかに記載の流体配管接続機構の製造方法によって製造された流体配管の接続機構によって構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる減圧弁としての機能を有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を搭載した燃料電池システムを実現することができる。
また、本発明によれば、簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる温度遮断弁と減圧弁としての機能を併せ有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を搭載した燃料電池システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１５】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した接続機構における第１の構成例について説明する。
図１に、本実施例の接続機構の構成を説明するための断面図を示す。
図１において、１は可動部となるダイヤフラム、２は伝達機構であるピストン、３は弁部を形成する弁座部、４は弁体部、５は支持部、６はシール、１０はガスケット、１１はロック機構である。
【００１６】
本実施例において接続機構の一方における差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品は、
複数の配管における一方の側に配設された配管に接続される、可動部となるダイヤフラム１、伝達機構であるピストン２、ガスケット１０、および、ロック機構１１からなる。
また、本接続機構のもう一方における第２の部品は、圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた部品からなる。
この開閉機構は、上記複数の配管における他方の側に配設された配管に接続される、弁部を形成する弁座部３、弁体部４、支持部５、および、シール６によって構成される。
本実施例において、上記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続によって、これらの接続部位に前記伝達機構を介して前記可動部の動作を前記開閉機構に伝える圧力制御弁が構成されている。
また、上記支持部５は、上記ピストン２（伝達機構）によって伝達されるダイヤフラム１（可動部）の動作に応じて、弁体部と弁座部間を開閉可能に、弁体部４を支持するように構成されている。
ここで、支持部５は、上記弁体部４を支持する弾性体によって構成され、具体的には、弾性を有する梁（弾性体）によって形成されており、伝達機構２の動作方向に垂直で、弁体部４を含む平面上に設置されている。例えば、図２（ａ）に示すような第１の形態、あるいは図２（ｂ）に示すような第２の形態を採ることができる。
また、支持部５を、一部に、閾値以上の温度により前記弁体部を閉じる位置に変位する温度変位部を含み構成するようにしてもよい。例えば図２（ｃ）に示すような第３の形態として、弁体部４を支持部５および温度変位部５０によって周囲に支持するように構成してもよい。
その際、この温度変位部５０は、チタン−ニッケル合金などの形状記憶合金により形成することができる。
チタン−ニッケル合金の形状記憶合金はスパッタリングを用いて形成することも可能である。
温度変位部５０は通常温度では塑性変形を行い前述の支持部５のバネ性には影響しないため通常の減圧弁として機能する。
減圧弁の周りの温度が異常上昇して予め設定した温度以上になると、温度変位部５０の形状記憶合金が弁座部３方向に反り返るように変位して、弁体部４が弁座部３に押し付けられて弁が閉じた状態になる。
温度が閾値より小さい領域では温度変位部５０は機能しないので、通常の減圧弁のように二次圧を保ちながら流量が発生する。
さらに、温度が上昇して、閾値を超えると温度変位部５０の形状記憶合金が機能して弁体部４が持ち上げられるため弁が閉じ、温度遮断弁として機能する。
これに対して、温度が閾値を下回ると通常の減圧弁として機能する。これにより可逆的に利用することが可能となる。
このように、減圧弁に形状記憶合金の温度変位部５０を設けることにより閾値温度より下では減圧弁、それ以上では遮断弁として機能させることができ、より安全性の高い弁機能を発揮させることができる。
ここでは温度変位部５０として形状記憶合金を利用した例を示したが温度により変位する材料（例えばバイメタル等）を使用すれば同様な効果が得られる。
また、ここでは支持部５と温度変位部５０が別に配置した例を示したが、支持部５にバネ性を有する金属材料等を利用した温度変位材料を利用するようにしてもよい。
【００１７】
また、本実施例において、伝達機構２、ガスケット１０、ロック機構１１は、上記した可動部側、または上記した弁部を有する開閉機構側のいずれの側に設けられていてもよい。
例えば、図１に示すようにこれらを可動部を有する側に設けてもよく、また、これらを、図３に示すように弁部を有する側に設けてもよい。
また、ダイヤフラム（可動部）１側の配管は、図１（ａ）に示すダイヤフラム（可動部）１の右下の流路へとつながっている。
また、通常、ダイヤフラム（可動部）１の上部は大気に接している。
一方、弁部を有する接続機構の配管は、図１（ｂ）に示す弁体部４の下方よりつながっている。
【００１８】
ここで、図４、図５に基づいて、本実施例における減圧弁の動作を説明する。図４は、本接続機構の接続時の断面図である。
ダイヤフラム（可動部）を有する機構と弁部を有する機構が合わさり、これらの接続を維持するロック機構１１によってロックされている。
また、接触面はガスケット１０によって、内部を流れる流体が外に漏れないようになっている。
ピストン（伝達機構）２を介して、可動部１と弁体部４は対向する位置に来るが、ピストン（伝達機構）２は、可動部１と弁体部４の必ずしも両方に接している必要はない。
また、ロック機構１１は、図８のようなバネを利用したものも可能であるが、例えば、接続時の接続機構の接触部に磁石を埋め込んでおき、磁石の引き合う力によって、接続状態を保持することも可能である。
特に、磁石にコイルによる電磁石を用いることで、接続、および、切り離しを、電気信号により制御することが可能である。
また、ロック機構に磁石を用い、切り離し、および、接続を圧電素子などを用いたアクチュエータを用いれば、接続、あるいは、切り離し動作のみに電力を使用し、通常は電力を必要としないような機構も実現可能である。
【００１９】
ダイヤフラム（可動部）１上部の圧力をＰ0、バルブ上流の１次圧力をＰ1、バルブ下流の圧力をＰ2とし、弁体部４の面積をＳ1、ダイヤフラム（可動部）１の面積をＳ2とする。ダイヤフラム（可動部）は、差圧（ Ｐ0− Ｐ2）によって動作する。
このとき、圧力の釣り合いから、図５のようにバルブが開く条件は、
（Ｐ1− Ｐ2）Ｓ1＜（ Ｐ0− Ｐ2）Ｓ2となる。Ｐ2がこの条件の圧力より高いとバルブは閉じ、低いとバルブは開く。
これによって、Ｐ2を一定に保つことができる。
弁体部４の面積やダイヤフラム（可動部）１の面積、ピストン（伝達機構）２の長さ、ダイヤフラム（可動部）１の厚さ、支持部５の梁の形状を調整することで、バルブが開閉する圧力や流量を最適に設計することができる。
特に、ダイヤフラム（可動部）１のバネ定数が支持部５のバネ定数よりも大きい場合には、弁が開く際の圧力は、ダイヤフラム（可動部）１に依存する。
逆に、支持部５のバネ定数が、ダイヤフラム（可動部）１のバネ定数よりも大きい場合には、弁の挙動は、支持部５に依存する。
また、接続時のピストン（伝達機構）２の長さとダイヤフラム（可動部）１から弁体部４までの距離との差によって、２次圧力Ｐ2は変化する。
すなわち、ピストン（伝達機構）２の長さがダイヤフラム（可動部）１から弁体部４までの距離よりも長いほどＰ2は高く、短いほどＰ2は低くなる。
一方、バルブ下流の圧力Ｐ2が設定圧力より高くなった場合には、ダイヤフラム（可動部）１は、上方にたわみ、バルブが閉じる。
この際、弁体部４とピストン（伝達機構）２が接合されていないため、弁体部４は弁座部３と接したところで停止し、ピストン（伝達機構）２のみがダイヤフラム（可動部）１とともに動く。
図３のように、伝達機構２が弁体部４と一体になり、可動部１とは、分離した形においても、動作原理は、図１に示す構造と同様である。
【００２０】
本実施例の接続機構は、機械加工技術を用いて、例えば、以下のように作製することができる。
図６は、本接続機構を弁体部４側から見た場合の分解斜視図である。シート状部材、板状部材を加工して形成した各部材を積層して作成される。
まず、ダイヤフラム（可動部）１には、バイトンゴムやシリコーンゴムなどの弾性材料、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料やプラスチックなどを使用することができる。例えば、ステンレスを材料に用いた場合には、エッチングや切削加工などにより伝達機構を一体型で作製することができる。
または、図７の側面断面図、および、下面図に示すような、パターンを有する板バネ機構と気密性を保つための弾性膜に分けることもできる。
このようにすることで、ダイヤフラム（可動部）１の弾性の設計自由度を高めることができる。
板バネ機構はステンレスなどの金属のエッチング加工で作製することができる一方、膜材料には、シリコーンゴム、バイトンゴム、ポリイミドなどのシートを使用することができる。
また、ダイヤフラム（可動部）１の下部空間やピストン（伝達機構）２が通過する流路は、ステンレスの機械加工やエッチング加工で作製できる。
これらの部品の接着には、液状の接着剤を使用することもできるが、熱によって融解し、冷却時に接着するシート（ホットメルトシート）を使用すると、加工、組み立てが行いやすい。ホットメルトシートには、ポリオレフィン系材料を用いたものなどがある。また、ＰＥＴ基板上に接着剤が塗布されているものもあり、ＰＥＴ基板もあわせて構造材料として使用することができる。
例えば、図７に示す板バネ構造を金属のプレス加工で作製しておき、ダイヤフラム（可動部）１を厚さ０．１ｍｍのＰＥＴ基板の片面に接着層を有するホットメルトシートをカッティングしたものとし、両者をホットプレスする。これにより、ダイヤフラム（可動部）１とピストン（伝達機構）２を一体化したものが作製できる。また、出口流路８を有する部材を、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴ基板の両面に接着層を有するホットメルトシートをカッティングしたものを用い、上下の部材とホットプレスで接着することもできる。
弁座部３、および、支持部５は一体型で加工することもできるし、支持部５を他の材料で作製しておき、接着することも可能である。
加工には切削のような機械加工やエッチングなどを用いることができる。
弁座部３、あるいは、弁体部へのシール材料のコーティングは、パリレンやフッ素系材料などを蒸着してもよいし、シリコーンゴムやポリイミド、フッ素系材料などをスピンコーティングやスプレーによって塗布することもできる。
さらには、シリコーンゴムや、バイトンシートなどのゴム材料を接着、あるいは、成型することもできる。
ガスケット１０には、ゴム材料のＯ−リングやテフロン（登録商標）などを使用することができる。
ロック機構１１は流路の入り口部分の部材と一体で作製することも、別に作製しておいて、接着やネジ止めすることも可能である。
これらの製法の中でも、特に、構造部材を金属のプレス加工によって作製し、ホットメルトシートによって接着する方法が、小型化、加工・組み立て性に優れている。
【００２１】
具体的な作製例を以下に挙げる。外寸法は、８ｍｍ×８ｍｍとする。
まず、可動部を有する側の接続機構を作製する。
押さえ板７は、厚さ０．３ｍｍのステンレス板に、直径３．６ｍｍの穴をエッチングによって形成することによって作製する。
次に、ダイヤフラム（可動部）１は、２部材によって作製し、弾性シートとして、厚さ０．３ｍｍのバイトンシートを用いる。
さらに、図７に示す部材は、板バネ部は厚さ０．０５ｍｍ、ピストン（伝達機構）２部分は直径０．２６ｍｍ、長さ０．３５ｍｍの円柱状の突起として、ステンレスのエッチング加工で一体型で作製できる。
実際には、ステンレスのエッチングは、等方性であるため、ピストン（伝達機構）２はテーパーを有する形状となる。
ダイヤフラム（可動部）１の下部流路は直径３．６ｍｍの穴を有する厚さ０．０５ｍｍのステンレス板を使用する。入り口流路を有する部材は、厚さ０．１５ｍｍのステンレス板にガスケット溝、および、流路をエッチング加工することによって作製できる。
ガスケット１０は、ゴム材料（厚さ０．０５ｍｍ）を焼き付けることによって形成する。ロック機構１１はステンレスの板バネにより作製する。
【００２２】
次に、弁部を有する側の接続機構を作製する。
弁座部３には、厚さ０．１５ｍｍのステンレス板の中央に直径０．４ｍｍの穴をあけ、さらに突起部として、周囲を幅０．１ｍｍ残して、深さ０．０５ｍｍエッチングする。
一方、弁体、および、支持部５は厚さ０．３ｍｍのステンレス板の中央に直径１ｍｍの弁体部４を形成し、支持部は、図２（ｂ）に示す形状で幅０．１ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍとしてエッチングする。
弁座部３および弁体部４には、シール材６としてパリレンを蒸着により、厚さ０．０１ｍｍコーティングする。
【００２３】
以上のようにして、作製された接続機構における減圧弁は、大気圧が１気圧（絶対圧）程度の時、２次圧力が０．８気圧（絶対圧）程度になる。
特に、接続時の外寸法は８ｍｍ×８ｍｍで厚さ１ｍｍ程度となり、非常に小型のものが得られる。
また、本実施例で述べた各部材のうち、一部、あるいは、全部に以下の実施例で述べる半導体加工技術を利用して作製された部材を用いることも可能である。
【００２４】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１の構成を有する接続機構を、半導体基板を用いて半導体加工技術により作製する際の、流体配管接続機構の製造方法について説明する。
本実施例で作製される接続機構の各部の寸法は、例えば、以下のようにすることができるが、これらは設計に応じて変更可能である。
ダイヤフラム（可動部）は、直径３．６ｍｍ、厚さ４０μｍとすることができる。
ピストン（伝達機構）は、直径２６０μｍ、長さ２００〜４００μｍとすることができる。
ピストン通過部流路は、直径４００μｍとすることができる。
突起部は、幅２０μｍ、高さ１０μｍ、シーリング層厚さ５μｍ、弁体部は、直径１０００μｍ厚さ２００μｍとすることができる。支持部は、長さ１０００μｍ、幅２００μｍ、厚さ１０μｍとすることができる。
【００２５】
つぎに、可動部を有する接続機構の作製方法を説明する。
図９から図１１に、上記製造方法における接続機構の作製手順を説明するための各工程を示す。
図９（ａ）に示す第１のステップは、エッチングのためのマスクパターニング工程である。
第１のシリコンウェハ１０１には、片面研磨のシリコンウェハも使用可能であるが、両面研磨されたものを用いるのが好ましい。
さらに、後のエッチング工程において、エッチングの深さを制御するため、ＳＯＩ（シリコン オン インシュレータ）ウェハを使用するのが好ましい。
シリコンウェハには例えば、ハンドル層厚さ２００μｍ、酸化物層（ＢＯＸ層）厚さ１μｍ、デバイス層厚さ４０μｍのものを使用する。
エッチングのマスクに使用するため、第１のウェハ１０１の表面の熱酸化を行なう。
１０００℃程度に熱した炉の中に、所定量の水素および酸素を流すことによってウェハ表面に酸化物層を形成する。
次に、本工程および次工程で２段階のエッチングを行うため、シリコン酸化物層、およびフォトレジストによる２層構造を有するマスクを作製する。フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行い、伝達機構１１５作製のためのパターニングを行う。さらに、現像、ポストベイクを行う。
フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングする。
さらに、ダイヤフラム（可動部）１１１下面流路の形成のためのマスクをパターニングする。
すなわち、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行い、現像、ポストベイクを行う。本実施例では、２段階のマスクとして、フォトレジストとシリコン酸化物層を使用したが、その他にも、厚さの異なるシリコン酸化物層を用いたり、アルミニウム層を用いたりすることによっても実現可能である。
【００２６】
図９（ｂ）に示す第２のステップは、ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってダイヤフラム（可動部）１１１下面流路を形成する工程である。
エッチングの深さは、エッチング時間によって制御するが、１００μｍ程度のエッチングを行なう。最後にフォトレジストマスクをアセトンによって取り除く。図９（ｃ）に示す第３のステップでは、伝達機構１１５を作製する工程である。ＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）により、ウェハをエッチングする。エッチングの深さは時間によって制御しても良いし、図のようにＳＯＩウェハの酸化物層（ＢＯＸ層）をエッチストップ層として使用してもよい。
さらにマスクとして使用したシリコン酸化物層をフッ酸によって取り除く。
図９（ｄ）に示す第４のステップは、ウェハのダイレクトボンディング工程である。
第２のシリコンウェハには、両面研磨したものを使用するのが好ましい。シリコンウェハには例えば、厚さ３００μｍのものが使用できる。
次に、第１のウェハ１０１、および、第２のウェハ１０２をＳＰＭ洗浄（８０℃に熱した過酸化水素水と硫酸の混合液中で洗浄）後、薄いフッ酸で洗浄する。
第１のウェハ１０１と第２のウェハ１０２を重ね、１５００Ｎ程度で加圧しながら、試料を３時間で１１００℃に加熱し、４時間保持後、自然冷却によりアニールを行う。
図９（ｅ）に示す第５のステップは、伝達機構１１５を形成する工程である。
ウェハ裏面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングして伝達機構１１５を形成する。
図９（ｆ）に示す第６のステップは、ガスケット１２０を形成する工程である。コーティングは図のように可動部を有する接続機構に行なっても良いし、弁部を有する接続機構に行なっても良い。
コーティング材料としては、パリレン、サイトップ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミドなどがある。
パリレン、ＰＴＦＥは、蒸着によって、サイトップ、ポリイミドはスピンコーティングによってコーティング可能である。
その他、スプレーによるコーティングも可能である。
【００２７】
次に、弁部を有する接続機構の作製方法を説明する。
図１０（ｇ）に示す第７のステップは、第３のウェハ１０３を熱酸化する工程である。
ウェハには、両面研磨されたものを用いるのが好ましい。さらに、後のエッチング工程において、エッチングの深さを制御するため、ＳＯＩ（シリコン オン インシュレータ）ウェハを使用するのが好ましい。
シリコンウェハには例えば、ハンドル層厚さ１５０μｍ、酸化物層（ＢＯＸ層）厚さ１μｍ、デバイス層厚さ１０μｍのものが使用できる。
熱酸化は、１０００℃程度に熱した炉の中に、所定量の水素および酸素を流すことによって行われる。
図１０（ｈ）に示す第８のステップでは、流路を形成するためのマスクを作製する工程である。
裏面の酸化物層をフォトレジストで保護した後、表面の酸化物層のパターニングを行なう。ウェハ表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。さらに、現像、ポストベイクを行う。
フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングすることにより流路形成のためのパターニングを行なう。
パターニング後はアセトンにより、表面および裏面のフォトレジストを除去する。
図１０（ｉ）に示す第９のステップは、流路を形成する工程である。
ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングする。
図１０（ｊ）に示す第１０のステップでは、弁座１１２を形成するためのマスクを作製する工程である。
ウェハ裏面の酸化物層のパターニングを行なう。ウェハ裏面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。
さらに、現像、ポストベイクを行う。フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングすることにより弁座１１２形成のためのパターニングを行なう。
パターニング後はアセトンにより、フォトレジストを除去する。
図１０（ｋ）に示す第１１のステップは、弁座１１２を形成する工程である。
ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングする。最後にフッ酸によって、マスクに使用したＳｉ酸化物を除去する。
【００２８】
図１１（ｌ）に示す第１２のステップでは、第４のウェハ１０４を熱酸化する工程である。
ウェハには、片面研磨のものを使用しても良いが、両面研磨されたものを用いるのが好ましい。
さらに、後のエッチング工程において、エッチングの深さを制御するため、ＳＯＩ（シリコン オン インシュレータ）ウェハを使用するのが好ましい。
シリコンウェハには例えば、ハンドル層厚さ１５０μｍ、酸化物層（ＢＯＸ層）厚さ１μｍ、デバイス層厚さ１０μｍのものが使用できる。熱酸化は、１０００℃程度に熱した炉の中に、所定量の水素および酸素を流すことによって行われる。
図１１（ｍ）に示す第１３のステップでは、弁体部１１３を形成するためのマスクを作製する工程である。
表面の酸化物層をフォトレジストで保護した後、裏面の酸化物層のパターニングを行なう。
ウェハ表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。さらに、現像、ポストベイクを行う。
フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングすることにより弁体部１１３形成のためのパターニングを行なう。
パターニング後はアセトンにより、表面および裏面のフォトレジストを除去する。
図１１（ｎ）に示す第１４のステップは、弁体１１３を形成する工程である。
ウェハ裏面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングする。
図１１（ｏ）に示す第１５のステップでは、支持部１１４を形成するためのマスクを作製する工程である。
ウェハ表面の酸化物層のパターニングを行なう。ウェハ表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。
さらに、現像、ポストベイクを行う。フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングすることにより支持部１１４形成のためのパターニングを行なう。
パターニング後はアセトンにより、フォトレジストを除去する。次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングする。
最後にフッ酸によって、マスクに使用したＳｉ酸化物を除去する。
図１１（ｐ）に示す第１６のステップは、シール面のコーティングを行なう工程である。コーティングは図のように弁体側に行なっても良いし、弁座側に行なっても良い。
コーティング材料としては、パリレン、サイトップ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミドなどがある。
パリレン、ＰＴＦＥは、蒸着によって、サイトップ、ポリイミドはスピンコーティングによってコーティング可能である。その他、スプレーによるコーティングも可能である。
図１１（ｑ）に示す第１７のステップは、組み立て工程である。
第６のステップまでで作製したダイヤフラム（可動部）１１１および弁座部１１２を有する部材と、第１１の工程までで作製した弁体部１１３を有する部材を重ね合わせることにより、小型減圧弁が完成する。
本実施例において、ボンディングはシリコンの拡散接合技術を用いているが、接合面に金属膜を予め成膜しておき、金属同士で接合を行なう方法や、接着剤などを使用することも可能である。
【００２９】
［実施例３］
実施例３においては、接続機構の第２の構成例について説明する。
図１２に、本実施例の構成例を説明するための断面図を示す。
図１２において、２０１は可動部となるダイヤフラム、２０２は伝達機構であるピストン、２０３は弾性部材、２０４は貫通孔、２１０はガスケット、２１１は、ロック機構である。
本実施例の接続機構の一方は、一方の配管に接続される、可動部となるダイヤフラム２０１、伝達機構であるピストン２０２、ガスケット２１０、および、ロック機構２１１からなる。
また、本接続機構のもう一方は、他方の配管に接続される、弁部２００を有し、上記した伝達機構の動作方向に垂直方向に延設された貫通孔２０４が設けられた弾性部材２０３からなる。
【００３０】
図１３、図１４に基づいて、本減圧弁の動作を説明する。
図１３は、本実施例の接続機構の接続時の断面図である。
ダイヤフラム（可動部）を有する機構と弁部を有する機構が合わさり、ロック機構２１１によってロックされている。
また、上記した一方の配管と他方の配管の接続時において、これらの接触箇所から流体が漏れるのを防止するため、接触面はガスケット２１０によって、内部を流れる流体が外に漏れないようになっている。
貫通孔２０４は通常は閉じており、伝達機構２０２の先端部が貫通孔を押し広げることにより、弁が開く。
伝達機構先端の形状は、図１２のような円錐形でも構わないが、図１５のように、さらに、溝部を側面に有するものでも良い。
【００３１】
ここで、本減圧弁の動作を説明する。
ダイヤフラム（可動部）２０１の上部の圧力をＰ0、バルブ上流の１次圧力をＰ1、バルブ下流の圧力をＰ2とする。
Ｐ2がＰ0より高いとダイヤフラム（可動部）２０１が上方にたわみ、貫通孔２０４は弁部２００の弾性により閉じるので、バルブは閉じている。
一方、Ｐ2がＰ0より低いとダイヤフラム（可動部）２０１が下方にたわみ、伝達機構２０２が弁部２００の貫通孔２０４を押し広げるので、図１３に示すように、バルブは開く。
これによって、Ｐ2を一定に保つことができる。ダイヤフラム（可動部）２０１の面積、厚さ、伝達機構２０２の長さ、弁部２００の厚さや弾性を調整することで、バルブが開閉する圧力や流量を最適に設計することができる。
【００３２】
本実施例の減圧弁は、機械加工技術を用いて、以下のように作製することができる。
図１６は本実施例における接続機構の減圧弁を貫通孔側から見た場合の分解斜視図である。
まず、ダイヤフラム（可動部）２０１には、バイトンゴムやシリコーンゴムなどの弾性材料の他に、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料を使用することができる。
例えば、ステンレスを材料に用いた場合には、エッチングや切削加工などにより伝達機構を一体型で作製することができる。
弁部２００の材料には、バイトンゴムやシリコーンゴムなどの弾性材料を使用することができる。
【００３３】
［実施例４］
実施例４においては、本発明の接続機構を搭載した発電量が数ミリワットから数百ワットまでの小型固体高分子型燃料電池について説明する。
図１７に、本実施例の燃料タンク、および、燃料電池発電部の斜視図を示す。
また、図１８に燃料タンクと燃料電池発電部を接続した際の燃料電池の概観斜視図を示す。
また、図１９に本実施例の燃料電池のシステムの概要図を示す。
【００３４】
燃料電池の外寸法は５０ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍであり、通常コンパクトデジタルカメラで使用されているリチウムイオン電池の大きさとほぼ同じである。このように本実施例の燃料電池は小型で一体化されているため、携帯機器に組み込みやすい形状となっている。
また、本実施例の燃料電池は、酸化剤として反応に用いる酸素を外気から取り入れるため、上下面、及び側面に外気を取り入れるための通気孔１０１３を有する。
また、この孔は生成した水を水蒸気として逃がしたり、反応により発生した熱を外に逃がす働きもしている。
また、燃料電池内部は、酸化剤極１０１６、高分子電解質膜１０１７、燃料極１０１８からなる燃料電池セル１０１１と、燃料を貯蔵する燃料タンク１０１４、燃料タンクと各セルの燃料極とをつなぐ接続機構１０１５によって構成されている。
接続機構１０１５は燃料タンク１０１４と燃料電池発電部との着脱を可能にするだけでなく、切り離し時には、燃料タンク１０１４内の燃料が外に漏れ出したり、外気がタンク内に混入するのを防ぐチェックバルブ機能を有する。
さらには、接続時には、燃料タンク１０１４の圧力を調節して供給する減圧機能を有する。
【００３５】
次に、本実施例の燃料タンク１０１４について説明する。
タンクの内部には水素を吸蔵することが可能な水素吸蔵合金が充填されている。燃料電池に用いる高分子電解質膜の耐圧が０．３〜０．５ＭＰａであることから、外気との差圧が０．１ＭＰａ以内の範囲で用いる必要がある。
水素の解放圧が常温で０．２ＭＰａの特性を持つ水素吸蔵合金として、例えばＬａＮｉ5などを用いる。
燃料タンクの容積を燃料電池全体の半分とし、タンク肉厚を１ｍｍ、タンク材質をチタンとすると、この時、燃料タンクの重量は５０ｇ程度となり、また、燃料タンク体積は５．２ｃｍ3になる。
【００３６】
本タンク中に、水素の解放圧が常温で０．２ＭＰａを超えるような水素吸蔵材料を超える場合には、燃料タンク１０１４と燃料極１０１８との間に減圧のための手段を設ける必要がある。
例えば、ＬａＮｉ5は、重量当たり１．１ｗｔ％の水素を吸脱着可能である。ＬａＮｉ5の各温度における解離圧は図２０に示すようになっている。
タンクに蓄えられた水素は接続機構１０１５で減圧され、燃料極１０１８に供給される。また、酸化剤極１０１６には通気孔１０１３から外気が供給される。燃料電池セルで発電された電気は電極１０１２から小型電気機器に供給される。
【００３７】
図２１は本発明の接続機構を燃料電池に搭載した場合の関係図である。
弁部を有する接続機構１０１５は、燃料タンク１０１４とつながっている。
一方、可動部１を有する接続機構の出口流路１０１９は、燃料極１０１８へとつながり、ダイヤフラム（可動部）１の出口流路と反対面は酸化剤極（外気）と接している。
以下に燃料電池の発電に伴うバルブの開閉動作を説明する。
タンク切り離し時、および、発電停止中は接続機構１０１５の弁部は閉じている。
発電が始まると燃料極室の燃料は消費され、燃料極室の燃料の圧力は下がっていく。
ダイヤフラム（可動部）１は、外気圧と燃料極室の圧力との差圧から、燃料極室側にたわみ、ピストン（伝達機構）２を介して、弁体部４は押し下げられ、弁部は開状態となる。これにより、燃料タンク１０１４から、燃料極１０１８に燃料が供給される。
燃料極室の圧力が回復すると、ダイヤフラム（可動部）１は上に押し上げられ、接続機構１０１５は閉じる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１における接続機構の第１の構成例を説明するための断面図。
【図２】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例における支持部の形態を説明するための図であり、（ａ）は支持部の第１の形態を説明するための平面図、（ｂ）は第２の形態を説明するための平面図、（ｃ）は第３の形態を説明するための平面図。
【図３】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例における応用例を説明するための断面図。
【図４】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例における各部の圧力および断面積を説明するための（クローズ状態）図。
【図５】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例における弁が開いた状態を説明するための断面図。
【図６】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例を説明するための分解斜視図。
【図７】本発明の実施例１の接続機構における可動部の別の構成例を説明するための図であり、（ａ）その側断面、（ｂ）はその下面図。
【図８】本発明の実施例１の接続機構におけるロック機構の別の構成例を説明するための図であり、（ａ）可動部を有する側の構成を示す図、（ｂ）弁部を有する側の構成を示す図。
【図９】本発明の実施例２における可動部を有する接続機構の作製手順を説明するための各工程（（ａ）から（ｆ））図。
【図１０】本発明の実施例２における図９に続く可動部を有する接続機構の作製手順を説明するための各工程（（ｇ）から（ｋ））図。
【図１１】本発明の実施例２における図１０に続く可動部を有する接続機構の作製手順を説明するための各工程（（ｉ）から（ｑ））図。
【図１２】本発明の実施例３における接続機構の第２の構成例を説明するための断面図。
【図１３】本発明の実施例３における接続機構の第２の構成例の接続状態を示す断面図。
【図１４】本発明の実施例３における接続機構の第２の構成例の弁が開いた状態を示す断面図。
【図１５】本発明の実施例３における接続機構の第２の構成例の伝達機構の別の形態を示す断面図。
【図１６】本発明の実施例３における接続機構の減圧弁を貫通孔側から見た場合の分解斜視図。
【図１７】本発明の実施例４における燃料タンクおよび燃料電池発電部の構成を示す斜視図。
【図１８】本発明の実施例４における燃料タンクと燃料電池発電部を接続した際の燃料電池の概観斜視図。
【図１９】本発明の実施例４における燃料電池のシステムの概要図。
【図２０】本発明の実施例４の燃料電池システムにおける水素吸蔵合金（ＬａＮｉ5）の解離圧力を説明するための図。
【図２１】本発明の実施例４における接続機構の位置関係を説明するための図。
【符号の説明】
【００３９】
１：ダイヤフラム（可動部）
２：ピストン（伝達機構）
３：弁座部
４：弁体部
５：支持部
６：シール
７：押さえ板
８：出口流路
１０：ガスケット
１１：燃料電池セル（ロック機構）
５０：温度変位部
１０１：第１のウェハ
１０２：第２のウェハ
１０３：第３のウェハ
１０４：第４のウェハ
１１１：ダイヤフラム（可動部）
１１２：弁座部
１１３：弁体部
１１４：支持部
１１５：ピストン（伝達機構）
１１６：シール材
１１７：入口流路
１１８：出口流路
１２０：ガスケット
２００：弁部
２０１：ダイヤフラム（可動部）
２０２：伝達機構
２０３：弾性部材
２０４：貫通孔
２０５：切り込み
２０７：押さえ板
２０８：出口流路
２１０：ガスケット
２１１：ロック機構
１０１１：燃料電池セル
１０１２：電極
１０１３：通気孔
１０１４：燃料タンク
１０１５：接続機構
１０１６：酸化剤極
１０１７：高分子電解質膜
１０１８：燃料極
１０１９：出口流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を流通する配管を接続するための流体配管の接続機構とその製造方法、及びこれらの流体配管の接続機構を燃料容器と発電機構との間に備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を流通する配管を接続するカプラには、様々なものが提案されてきた。
通常、カプラは、特許文献１に示されるような構成を有している。すなわち、配管の非接続時には、少なくとも一方のポートは、流体が外に漏れないように閉じており、配管が接続された際に、流体の流通が可能になる。
これは、カプラの一方にチェックバルブが設けられ、もう一方にチェックバルブを押して開くための加圧ピンが設けられることによって実現される。
また、接続時に流体が外部に漏れないようにするためのガスケット、および、カプラが容易に外れないようにするためのロック機構を備えている。
【０００３】
一方、減圧弁は機械加工技術を用いて、様々なタイプのものが作製されてきた。減圧弁は、アクティブ駆動のもの、パッシブ駆動のものに大きく分類される。アクティブ駆動の減圧弁は、圧力センサとバルブ駆動手段、制御機構とを備え、２次圧力が設定圧力に減圧されるようにバルブを駆動する。
また、パッシブ駆動の減圧弁は、設定圧力になると、圧力差を利用して、バルブが自動的に開閉する。
さらに、パッシブ型減圧弁は、パイロット型と直動型に大別される。
パイロット型は、パイロット弁を有し、安定した動作を特徴としている。
また、直動型は、高速応答に対して利点がある。このようなパイロット型において、気体を作動流体とする場合には、圧縮流体の微小な力でも弁の開閉を確実に行なうため、差圧感知機構として、ダイヤフラムがよく用いられる。
【０００４】
小型の減圧弁に関しては、例えば、特許文献２に示すように、ダイヤフラム、弁体、弁体とダイヤフラムを直結するバルブ軸を備えた構造のものが提案されている。
このような構造の減圧弁の製造方法には、非特許文献１に開示されているような製造方法が知られている。この製造方法は、半導体加工技術を用いて、小型の機械要素を作製している点に特徴を有している。
半導体加工技術では、材料には半導体基板が用いられ、成膜、フォトリソグラフィやエッチングといった技術を組み合わせて構造を形成する。
これにより、サブミクロンオーダーの微細加工が可能な上、バッチプロセスにより大量生産化が容易であるという特徴を有する。
特に減圧弁は、複雑な３次元構造を有するため、半導体基板を垂直にエッチングするためのＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）や、複数の半導体基板を接合するための接合技術などが用いられている。
また、弁体と弁座の間は、シリコン酸化物などの犠牲層を介して接合され、プロセスの後半で、犠牲層をエッチングすることにより、弁座からの弁体のリリースを行なっている。
【０００５】
一方、小型の電気機器に搭載するエネルギー源として、小型の燃料電池が注目されている。
燃料電池が小型電気機器の駆動源として有用な理由に体積当たり、重量当たりの供給可能なエネルギー量が従来のリチウムイオン２次電池に比べて、数倍から十倍近くであることが挙げられる。
特に、大きな出力を得るための燃料電池には、水素を燃料に使用するのが最適である。
しかし、水素は常温で気体であり、小型の燃料タンクの中に高密度に水素を貯蔵するための技術が必要である。
【０００６】
このような水素を貯蔵するための技術として、つぎのような方法が知られている。
第一の方法は、水素を圧縮して高圧ガスとして保存する方法である。
タンク内のガスの圧力を２００気圧にすると体積水素密度は１８ｍｇ／ｃｍ3程度となる。
第二の方法は、水素を低温にして、液体として貯蔵する方法である。
水素を液化するためには、大きなエネルギーが必要であること、また、液体水素が自然気化して、漏れだしてしまうことが問題であるが、高密度な保存が可能である。
第三の方法は、水素吸蔵合金を使用して水素を貯蔵する方法である。
この方法では、水素吸蔵合金の比重が大きいため、重量ベースでは、２ｗｔ％程度の水素しか吸蔵できず、燃料タンクが重たくなってしまうという問題点があるが、体積ベースでの吸蔵量は大きいので、小型化には有効である。
とりわけ、小型燃料電池では、取り扱いの容易さと体積あたりの水素充填量の多さから、第三の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる方法がよく用いられる。
【０００７】
発電によって燃料容器内の水素を消費しつくしてしまうと、さらに発電を続けるためには、新たに水素を充填する必要がある。
水素の補充は、燃料電池の発電部を燃料容器につないだまま行うこともできるが、燃料容器を発電部から切り離して行う場合もある。
これは、１つには、充填時に燃料容器内の圧力が高圧になることと、充填の際に容器を冷却することが好ましいが、これらの圧力や温度履歴が発電部に悪影響を与えないようにするためである。
また、利便性や経済性という観点からも、複数の燃料電池を所持して持ち歩くよりも、燃料容器のみを複数持ち歩き、使用中の容器が空になった場合には、新しい容器と交換するのが好ましい。
そのため、燃料容器と燃料電池発電部との間には、カプラを設置して、燃料容器を着脱可能にする方法がよく用いられる。
このようなカプラとして、例えば、特許文献３に示すように、外力によりプラグとソケットトとを分離可能に構成したカプラが提案されている。
【０００８】
一方、固体高分子型燃料電池の発電は以下の様にして行われる。
高分子電解質膜には、パーフルオロスルホン酸系の陽イオン交換樹脂がよく用いられる。例えば、このような膜としては、デュポン社のナフィオンなどがよく知られている。
固体高分子電解質膜を、白金などの触媒を担持した一対の多孔質電極、すなわち、燃料極と酸化剤極とで狭持した膜電極複合体が発電セルとなる。
この発電セルに対して、酸化剤極には酸化剤を、燃料極には燃料極を供給することにより、高分子電解質膜中をプロトンが移動し、発電が行われる。
高分子電解質膜は機械的強度を保ち、また、燃料ガスが透過しないようにするために通常５０〜２００μｍ程度の厚さのものが使用される。
これらの固体高分子電解質膜の強度は３〜５ｋｇ／ｃｍ2程度である。従って、差圧による膜の破断を防ぐためには、燃料電池の酸化剤極室と燃料極室との差圧が、平常時には０．５ｋｇ／ｃｍ2、非常時でも１ｋｇ／ｃｍ2以下になるように制御することが好ましい。
燃料タンク圧と酸化剤極室との差圧が上記圧力よりも小さい場合、燃料タンクと燃料極室とを直結し、特に減圧の必要はない。
しかしながら、酸化剤極室が大気に解放されており、また、より高密度に燃料を充填する場合においては、燃料タンクから燃料極室に燃料を供給する過程において、減圧することが必要となる。
また、発電の起動・停止操作や、発電電力を安定させるためにも、上記機構は必要となる。
【０００９】
上記した特許文献２においては、小型バルブを燃料タンクと燃料電池セルの間に設けることにより、燃料電池セルを大きな圧力差による破断から防ぎ、発電の起動、停止を制御し、発電電力を安定に保っている。
特に、燃料供給路と酸化剤供給路との境界にダイヤフラムを使用し、バルブに直結することで、電気を使用しないで、燃料供給路と酸化剤供給路との差圧により駆動し、燃料電池セルに供給する燃料圧を最適に制御する減圧弁を実現している。
また、特許文献４においては、一次調整弁を備えた部位と、二次調整弁を備えた部位とを分割し、いずれか一方の部位を燃料タンク側または燃料電池側に設け、これらを着脱可能に構成した複弁式の圧力調整器が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２１１８１８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１９９号公報
【特許文献３】特開２００４−２９３７７７号公報
【特許文献４】特開２００５−３３９３２１号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｄｅｂｒａｙ ｅｔ ａｌ、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．、１５、Ｓ２０２−Ｓ２０９、２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来例のものにおいては、燃料タンクと燃料電池セルの間に設けるカプラとしては、必ずしも満足の得られるものではなかった。
例えば、上記特許文献１または特許文献３の従来例のカプラは、圧力調整機能を持たないため、接続時の両配管の圧力はほぼ等しくなっていた。そのため、接続時に圧力を減圧して、一定の圧力の流体を供給したい場合には、別に減圧弁を流路内に設置する必要があった。
また、上記特許文献２の従来例のものは、ダイヤフラム（可動部）、ピストン（伝達機構）、弁体が一体化されているため、これらを分割してカプラとして用いるには不都合が生じる。
また、上記特許文献４の従来例のものは、一次調整弁を備えた部位と、二次調整弁を備えた部位とが、それぞれ分割された構成が採られており、燃料タンクと燃料電池セル間で圧力調整機能を有するカプラとして用いることができるものである。
しかしながら、一次調整弁と二次調整弁を備えた部位が、それぞれ分割された構成が採られているため、構造が複雑となるだけでなく、昨今におけるより一層の小型化が求められている小型燃料電池システムでの要請に応えることは困難である。
特に、一時調整弁は、弁を閉じるためのバネが、ピストン軸延長上で、弁体に対して該ピストンの反対側に位置していた。そのため、減圧弁の層構造が多くなり、構造が複雑になっていた。また、この場合、弁体の位置ずれを防ぐため、前記バネとは別に弁体、あるいは、ピストンにガイドを設ける必要があった。しかしながら、小型の減圧弁においては、小型の軸受けを製作することが非常に困難であるため、ガイド部分での摩擦が大きく、弁を駆動することが難しかった。また、このように厚い部材を重ね合わせた構成は、小型化や量産化に有利な半導体加工技術や、エッチング、プレス加工によって作製することは難しかった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる減圧弁としての機能を有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムの提供を目的とする。
また、本発明は、簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる減圧弁としての機能の他に温度遮断弁としての機能を併せ有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成した流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムを提供するものである。
本発明の流体配管の接続機構は、
流体が流通する複数の配管を接続する流体配管の接続機構であって、
前記複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された、圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた第２の部品と、
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構とを備え、
前記開閉機構が、弁座部と、弁体部と、前記弁体部を支持する支持部とを備え、前記支持部が、前記伝達機構によって伝達される前記可動部の動作に応じて、前記弁体部と前記弁座部間を開閉可能に、前記弁体部を支持し、
前記弁体部を支持する支持部が、前記伝達機構の動作方向に垂直で、かつ前記弁体部を含む平面上に設けられている、前記弁体部を支持する弾性体によって構成され、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続によって、これらの接続部位に前記伝達機構を介して前記可動部の動作を前記開閉機構に伝える圧力制御弁が構成されることを特徴とする
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記可動部が、ダイヤフラムであることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記圧力制御弁が、減圧弁としての機能を有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記弁体部を支持する支持部が、一部に、閾値以上の温度により該弁体部を閉じる位置に変位する温度変位部を含み構成されていることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記温度変位部が、形状記憶合金で形成されていることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記温度変位部が、バイメタルで形成されていることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記圧力制御弁が、減圧弁としての機能の他に、温度遮断弁としての機能を併せ有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記開閉機構が、前記開閉機構が、前記伝達機構の動作方向に垂直方向に延設された貫通孔を有する弾性体で構成され、前記貫通孔が、前記伝達機構により伝達される前記可動部の動作に応じて、前記伝達機構の先端部によって開閉されることを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続時においてこれらの接触箇所から流体が漏れるのを防止するためのガスケットを有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続時において該接続を維持するためのロック機構を有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管の接続機構は、前記圧力制御弁の一部を構成する差圧によって動作する可動部、前記可動部の動作によって開閉される開閉機構及び伝達機構のそれぞれが、
シート状部材または板状部材で形成され、それらを積層して構成されていることを特徴とする。
また、本発明の流体配管接続機構の製造方法は、
複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた第２の部品と、
これらの部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構と、を備えた流体配管接続機構の製造方法であって、
前記複数の配管の一方の側に配設するための前記可動部を、シート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記伝達機構を、シート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記複数の配管の他方の側に配設するための前記開閉機構を、弁座部、弁体部および該弁体部を支持する支持部とによって形成するに際し、これらをシート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記可動部側、または前記開閉機構側のいずれか一方に、シート状部材または板状部材でガスケットを形成する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の流体配管接続機構の製造方法は、前記シート状部材または板状部材の少なくとも一部に、半導体基板を用いることを特徴とする。
また、本発明は、燃料容器と燃料電池発電部との間に流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムにおいて、
前記流体配管の接続機構が、上記したいずれかに記載の流体配管の接続機構、
または上記したいずれかに記載の流体配管接続機構の製造方法によって製造された流体配管の接続機構によって構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる減圧弁としての機能を有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を搭載した燃料電池システムを実現することができる。
また、本発明によれば、簡単な構成によって、より一層の小型化を図ることが可能となる温度遮断弁と減圧弁としての機能を併せ有する流体配管の接続機構とその製造方法、及び流体配管の接続機構を搭載した燃料電池システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１５】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した接続機構における第１の構成例について説明する。
図１に、本実施例の接続機構の構成を説明するための断面図を示す。
図１において、１は可動部となるダイヤフラム、２は伝達機構であるピストン、３は弁部を形成する弁座部、４は弁体部、５は支持部、６はシール、１０はガスケット、１１はロック機構である。
【００１６】
本実施例において接続機構の一方における差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品は、
複数の配管における一方の側に配設された配管に接続される、可動部となるダイヤフラム１、伝達機構であるピストン２、ガスケット１０、および、ロック機構１１からなる。
また、本接続機構のもう一方における第２の部品は、圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた部品からなる。
この開閉機構は、上記複数の配管における他方の側に配設された配管に接続される、弁部を形成する弁座部３、弁体部４、支持部５、および、シール６によって構成される。
本実施例において、上記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続によって、これらの接続部位に前記伝達機構を介して前記可動部の動作を前記開閉機構に伝える圧力制御弁が構成されている。
また、上記支持部５は、上記ピストン２（伝達機構）によって伝達されるダイヤフラム１（可動部）の動作に応じて、弁体部と弁座部間を開閉可能に、弁体部４を支持するように構成されている。
ここで、支持部５は、上記弁体部４を支持する弾性体によって構成され、具体的には、弾性を有する梁（弾性体）によって形成されており、伝達機構２の動作方向に垂直で、弁体部４を含む平面上に設置されている。例えば、図２（ａ）に示すような第１の形態、あるいは図２（ｂ）に示すような第２の形態を採ることができる。
また、支持部５を、一部に、閾値以上の温度により前記弁体部を閉じる位置に変位する温度変位部を含み構成するようにしてもよい。例えば図２（ｃ）に示すような第３の形態として、弁体部４を支持部５および温度変位部５０によって周囲に支持するように構成してもよい。
その際、この温度変位部５０は、チタン−ニッケル合金などの形状記憶合金により形成することができる。
チタン−ニッケル合金の形状記憶合金はスパッタリングを用いて形成することも可能である。
温度変位部５０は通常温度では塑性変形を行い前述の支持部５のバネ性には影響しないため通常の減圧弁として機能する。
減圧弁の周りの温度が異常上昇して予め設定した温度以上になると、温度変位部５０の形状記憶合金が弁座部３方向に反り返るように変位して、弁体部４が弁座部３に押し付けられて弁が閉じた状態になる。
温度が閾値より小さい領域では温度変位部５０は機能しないので、通常の減圧弁のように二次圧を保ちながら流量が発生する。
さらに、温度が上昇して、閾値を超えると温度変位部５０の形状記憶合金が機能して弁体部４が持ち上げられるため弁が閉じ、温度遮断弁として機能する。
これに対して、温度が閾値を下回ると通常の減圧弁として機能する。これにより可逆的に利用することが可能となる。
このように、減圧弁に形状記憶合金の温度変位部５０を設けることにより閾値温度より下では減圧弁、それ以上では遮断弁として機能させることができ、より安全性の高い弁機能を発揮させることができる。
ここでは温度変位部５０として形状記憶合金を利用した例を示したが温度により変位する材料（例えばバイメタル等）を使用すれば同様な効果が得られる。
また、ここでは支持部５と温度変位部５０が別に配置した例を示したが、支持部５にバネ性を有する金属材料等を利用した温度変位材料を利用するようにしてもよい。
【００１７】
また、本実施例において、伝達機構２、ガスケット１０、ロック機構１１は、上記した可動部側、または上記した弁部を有する開閉機構側のいずれの側に設けられていてもよい。
例えば、図１に示すようにこれらを可動部を有する側に設けてもよく、また、これらを、図３に示すように弁部を有する側に設けてもよい。
また、ダイヤフラム（可動部）１側の配管は、図１（ａ）に示すダイヤフラム（可動部）１の右下の流路へとつながっている。
また、通常、ダイヤフラム（可動部）１の上部は大気に接している。
一方、弁部を有する接続機構の配管は、図１（ｂ）に示す弁体部４の下方よりつながっている。
【００１８】
ここで、図４、図５に基づいて、本実施例における減圧弁の動作を説明する。図４は、本接続機構の接続時の断面図である。
ダイヤフラム（可動部）を有する機構と弁部を有する機構が合わさり、これらの接続を維持するロック機構１１によってロックされている。
また、接触面はガスケット１０によって、内部を流れる流体が外に漏れないようになっている。
ピストン（伝達機構）２を介して、可動部１と弁体部４は対向する位置に来るが、ピストン（伝達機構）２は、可動部１と弁体部４の必ずしも両方に接している必要はない。
また、ロック機構１１は、図８のようなバネを利用したものも可能であるが、例えば、接続時の接続機構の接触部に磁石を埋め込んでおき、磁石の引き合う力によって、接続状態を保持することも可能である。
特に、磁石にコイルによる電磁石を用いることで、接続、および、切り離しを、電気信号により制御することが可能である。
また、ロック機構に磁石を用い、切り離し、および、接続を圧電素子などを用いたアクチュエータを用いれば、接続、あるいは、切り離し動作のみに電力を使用し、通常は電力を必要としないような機構も実現可能である。
【００１９】
ダイヤフラム（可動部）１上部の圧力をＰ0、バルブ上流の１次圧力をＰ1、バルブ下流の圧力をＰ2とし、弁体部４の面積をＳ1、ダイヤフラム（可動部）１の面積をＳ2とする。ダイヤフラム（可動部）は、差圧（ Ｐ0− Ｐ2）によって動作する。
このとき、圧力の釣り合いから、図５のようにバルブが開く条件は、
（Ｐ1− Ｐ2）Ｓ1＜（ Ｐ0− Ｐ2）Ｓ2となる。Ｐ2がこの条件の圧力より高いとバルブは閉じ、低いとバルブは開く。
これによって、Ｐ2を一定に保つことができる。
弁体部４の面積やダイヤフラム（可動部）１の面積、ピストン（伝達機構）２の長さ、ダイヤフラム（可動部）１の厚さ、支持部５の梁の形状を調整することで、バルブが開閉する圧力や流量を最適に設計することができる。
特に、ダイヤフラム（可動部）１のバネ定数が支持部５のバネ定数よりも大きい場合には、弁が開く際の圧力は、ダイヤフラム（可動部）１に依存する。
逆に、支持部５のバネ定数が、ダイヤフラム（可動部）１のバネ定数よりも大きい場合には、弁の挙動は、支持部５に依存する。
また、接続時のピストン（伝達機構）２の長さとダイヤフラム（可動部）１から弁体部４までの距離との差によって、２次圧力Ｐ2は変化する。
すなわち、ピストン（伝達機構）２の長さがダイヤフラム（可動部）１から弁体部４までの距離よりも長いほどＰ2は高く、短いほどＰ2は低くなる。
一方、バルブ下流の圧力Ｐ2が設定圧力より高くなった場合には、ダイヤフラム（可動部）１は、上方にたわみ、バルブが閉じる。
この際、弁体部４とピストン（伝達機構）２が接合されていないため、弁体部４は弁座部３と接したところで停止し、ピストン（伝達機構）２のみがダイヤフラム（可動部）１とともに動く。
図３のように、伝達機構２が弁体部４と一体になり、可動部１とは、分離した形においても、動作原理は、図１に示す構造と同様である。
【００２０】
本実施例の接続機構は、機械加工技術を用いて、例えば、以下のように作製することができる。
図６は、本接続機構を弁体部４側から見た場合の分解斜視図である。シート状部材、板状部材を加工して形成した各部材を積層して作成される。
まず、ダイヤフラム（可動部）１には、バイトンゴムやシリコーンゴムなどの弾性材料、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料やプラスチックなどを使用することができる。例えば、ステンレスを材料に用いた場合には、エッチングや切削加工などにより伝達機構を一体型で作製することができる。
または、図７の側面断面図、および、下面図に示すような、パターンを有する板バネ機構と気密性を保つための弾性膜に分けることもできる。
このようにすることで、ダイヤフラム（可動部）１の弾性の設計自由度を高めることができる。
板バネ機構はステンレスなどの金属のエッチング加工で作製することができる一方、膜材料には、シリコーンゴム、バイトンゴム、ポリイミドなどのシートを使用することができる。
また、ダイヤフラム（可動部）１の下部空間やピストン（伝達機構）２が通過する流路は、ステンレスの機械加工やエッチング加工で作製できる。
これらの部品の接着には、液状の接着剤を使用することもできるが、熱によって融解し、冷却時に接着するシート（ホットメルトシート）を使用すると、加工、組み立てが行いやすい。ホットメルトシートには、ポリオレフィン系材料を用いたものなどがある。また、ＰＥＴ基板上に接着剤が塗布されているものもあり、ＰＥＴ基板もあわせて構造材料として使用することができる。
例えば、図７に示す板バネ構造を金属のプレス加工で作製しておき、ダイヤフラム（可動部）１を厚さ０．１ｍｍのＰＥＴ基板の片面に接着層を有するホットメルトシートをカッティングしたものとし、両者をホットプレスする。これにより、ダイヤフラム（可動部）１とピストン（伝達機構）２を一体化したものが作製できる。また、出口流路８を有する部材を、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴ基板の両面に接着層を有するホットメルトシートをカッティングしたものを用い、上下の部材とホットプレスで接着することもできる。
弁座部３、および、支持部５は一体型で加工することもできるし、支持部５を他の材料で作製しておき、接着することも可能である。
加工には切削のような機械加工やエッチングなどを用いることができる。
弁座部３、あるいは、弁体部へのシール材料のコーティングは、パリレンやフッ素系材料などを蒸着してもよいし、シリコーンゴムやポリイミド、フッ素系材料などをスピンコーティングやスプレーによって塗布することもできる。
さらには、シリコーンゴムや、バイトンシートなどのゴム材料を接着、あるいは、成型することもできる。
ガスケット１０には、ゴム材料のＯ−リングやテフロン（登録商標）などを使用することができる。
ロック機構１１は流路の入り口部分の部材と一体で作製することも、別に作製しておいて、接着やネジ止めすることも可能である。
これらの製法の中でも、特に、構造部材を金属のプレス加工によって作製し、ホットメルトシートによって接着する方法が、小型化、加工・組み立て性に優れている。
【００２１】
具体的な作製例を以下に挙げる。外寸法は、８ｍｍ×８ｍｍとする。
まず、可動部を有する側の接続機構を作製する。
押さえ板７は、厚さ０．３ｍｍのステンレス板に、直径３．６ｍｍの穴をエッチングによって形成することによって作製する。
次に、ダイヤフラム（可動部）１は、２部材によって作製し、弾性シートとして、厚さ０．３ｍｍのバイトンシートを用いる。
さらに、図７に示す部材は、板バネ部は厚さ０．０５ｍｍ、ピストン（伝達機構）２部分は直径０．２６ｍｍ、長さ０．３５ｍｍの円柱状の突起として、ステンレスのエッチング加工で一体型で作製できる。
実際には、ステンレスのエッチングは、等方性であるため、ピストン（伝達機構）２はテーパーを有する形状となる。
ダイヤフラム（可動部）１の下部流路は直径３．６ｍｍの穴を有する厚さ０．０５ｍｍのステンレス板を使用する。入り口流路を有する部材は、厚さ０．１５ｍｍのステンレス板にガスケット溝、および、流路をエッチング加工することによって作製できる。
ガスケット１０は、ゴム材料（厚さ０．０５ｍｍ）を焼き付けることによって形成する。ロック機構１１はステンレスの板バネにより作製する。
【００２２】
次に、弁部を有する側の接続機構を作製する。
弁座部３には、厚さ０．１５ｍｍのステンレス板の中央に直径０．４ｍｍの穴をあけ、さらに突起部として、周囲を幅０．１ｍｍ残して、深さ０．０５ｍｍエッチングする。
一方、弁体、および、支持部５は厚さ０．３ｍｍのステンレス板の中央に直径１ｍｍの弁体部４を形成し、支持部は、図２（ｂ）に示す形状で幅０．１ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍとしてエッチングする。
弁座部３および弁体部４には、シール材６としてパリレンを蒸着により、厚さ０．０１ｍｍコーティングする。
【００２３】
以上のようにして、作製された接続機構における減圧弁は、大気圧が１気圧（絶対圧）程度の時、２次圧力が０．８気圧（絶対圧）程度になる。
特に、接続時の外寸法は８ｍｍ×８ｍｍで厚さ１ｍｍ程度となり、非常に小型のものが得られる。
また、本実施例で述べた各部材のうち、一部、あるいは、全部に以下の実施例で述べる半導体加工技術を利用して作製された部材を用いることも可能である。
【００２４】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１の構成を有する接続機構を、半導体基板を用いて半導体加工技術により作製する際の、流体配管接続機構の製造方法について説明する。
本実施例で作製される接続機構の各部の寸法は、例えば、以下のようにすることができるが、これらは設計に応じて変更可能である。
ダイヤフラム（可動部）は、直径３．６ｍｍ、厚さ４０μｍとすることができる。
ピストン（伝達機構）は、直径２６０μｍ、長さ２００〜４００μｍとすることができる。
ピストン通過部流路は、直径４００μｍとすることができる。
突起部は、幅２０μｍ、高さ１０μｍ、シーリング層厚さ５μｍ、弁体部は、直径１０００μｍ厚さ２００μｍとすることができる。支持部は、長さ１０００μｍ、幅２００μｍ、厚さ１０μｍとすることができる。
【００２５】
つぎに、可動部を有する接続機構の作製方法を説明する。
図９から図１１に、上記製造方法における接続機構の作製手順を説明するための各工程を示す。
図９（ａ）に示す第１のステップは、エッチングのためのマスクパターニング工程である。
第１のシリコンウェハ１０１には、片面研磨のシリコンウェハも使用可能であるが、両面研磨されたものを用いるのが好ましい。
さらに、後のエッチング工程において、エッチングの深さを制御するため、ＳＯＩ（シリコン オン インシュレータ）ウェハを使用するのが好ましい。
シリコンウェハには例えば、ハンドル層厚さ２００μｍ、酸化物層（ＢＯＸ層）厚さ１μｍ、デバイス層厚さ４０μｍのものを使用する。
エッチングのマスクに使用するため、第１のウェハ１０１の表面の熱酸化を行なう。
１０００℃程度に熱した炉の中に、所定量の水素および酸素を流すことによってウェハ表面に酸化物層を形成する。
次に、本工程および次工程で２段階のエッチングを行うため、シリコン酸化物層、およびフォトレジストによる２層構造を有するマスクを作製する。フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行い、伝達機構１１５作製のためのパターニングを行う。さらに、現像、ポストベイクを行う。
フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングする。
さらに、ダイヤフラム（可動部）１１１下面流路の形成のためのマスクをパターニングする。
すなわち、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行い、現像、ポストベイクを行う。本実施例では、２段階のマスクとして、フォトレジストとシリコン酸化物層を使用したが、その他にも、厚さの異なるシリコン酸化物層を用いたり、アルミニウム層を用いたりすることによっても実現可能である。
【００２６】
図９（ｂ）に示す第２のステップは、ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってダイヤフラム（可動部）１１１下面流路を形成する工程である。
エッチングの深さは、エッチング時間によって制御するが、１００μｍ程度のエッチングを行なう。最後にフォトレジストマスクをアセトンによって取り除く。図９（ｃ）に示す第３のステップでは、伝達機構１１５を作製する工程である。ＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）により、ウェハをエッチングする。エッチングの深さは時間によって制御しても良いし、図のようにＳＯＩウェハの酸化物層（ＢＯＸ層）をエッチストップ層として使用してもよい。
さらにマスクとして使用したシリコン酸化物層をフッ酸によって取り除く。
図９（ｄ）に示す第４のステップは、ウェハのダイレクトボンディング工程である。
第２のシリコンウェハには、両面研磨したものを使用するのが好ましい。シリコンウェハには例えば、厚さ３００μｍのものが使用できる。
次に、第１のウェハ１０１、および、第２のウェハ１０２をＳＰＭ洗浄（８０℃に熱した過酸化水素水と硫酸の混合液中で洗浄）後、薄いフッ酸で洗浄する。
第１のウェハ１０１と第２のウェハ１０２を重ね、１５００Ｎ程度で加圧しながら、試料を３時間で１１００℃に加熱し、４時間保持後、自然冷却によりアニールを行う。
図９（ｅ）に示す第５のステップは、伝達機構１１５を形成する工程である。
ウェハ裏面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングして伝達機構１１５を形成する。
図９（ｆ）に示す第６のステップは、ガスケット１２０を形成する工程である。コーティングは図のように可動部を有する接続機構に行なっても良いし、弁部を有する接続機構に行なっても良い。
コーティング材料としては、パリレン、サイトップ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミドなどがある。
パリレン、ＰＴＦＥは、蒸着によって、サイトップ、ポリイミドはスピンコーティングによってコーティング可能である。
その他、スプレーによるコーティングも可能である。
【００２７】
次に、弁部を有する接続機構の作製方法を説明する。
図１０（ｇ）に示す第７のステップは、第３のウェハ１０３を熱酸化する工程である。
ウェハには、両面研磨されたものを用いるのが好ましい。さらに、後のエッチング工程において、エッチングの深さを制御するため、ＳＯＩ（シリコン オン インシュレータ）ウェハを使用するのが好ましい。
シリコンウェハには例えば、ハンドル層厚さ１５０μｍ、酸化物層（ＢＯＸ層）厚さ１μｍ、デバイス層厚さ１０μｍのものが使用できる。
熱酸化は、１０００℃程度に熱した炉の中に、所定量の水素および酸素を流すことによって行われる。
図１０（ｈ）に示す第８のステップでは、流路を形成するためのマスクを作製する工程である。
裏面の酸化物層をフォトレジストで保護した後、表面の酸化物層のパターニングを行なう。ウェハ表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。さらに、現像、ポストベイクを行う。
フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングすることにより流路形成のためのパターニングを行なう。
パターニング後はアセトンにより、表面および裏面のフォトレジストを除去する。
図１０（ｉ）に示す第９のステップは、流路を形成する工程である。
ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングする。
図１０（ｊ）に示す第１０のステップでは、弁座１１２を形成するためのマスクを作製する工程である。
ウェハ裏面の酸化物層のパターニングを行なう。ウェハ裏面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。
さらに、現像、ポストベイクを行う。フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングすることにより弁座１１２形成のためのパターニングを行なう。
パターニング後はアセトンにより、フォトレジストを除去する。
図１０（ｋ）に示す第１１のステップは、弁座１１２を形成する工程である。
ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングする。最後にフッ酸によって、マスクに使用したＳｉ酸化物を除去する。
【００２８】
図１１（ｌ）に示す第１２のステップでは、第４のウェハ１０４を熱酸化する工程である。
ウェハには、片面研磨のものを使用しても良いが、両面研磨されたものを用いるのが好ましい。
さらに、後のエッチング工程において、エッチングの深さを制御するため、ＳＯＩ（シリコン オン インシュレータ）ウェハを使用するのが好ましい。
シリコンウェハには例えば、ハンドル層厚さ１５０μｍ、酸化物層（ＢＯＸ層）厚さ１μｍ、デバイス層厚さ１０μｍのものが使用できる。熱酸化は、１０００℃程度に熱した炉の中に、所定量の水素および酸素を流すことによって行われる。
図１１（ｍ）に示す第１３のステップでは、弁体部１１３を形成するためのマスクを作製する工程である。
表面の酸化物層をフォトレジストで保護した後、裏面の酸化物層のパターニングを行なう。
ウェハ表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。さらに、現像、ポストベイクを行う。
フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングすることにより弁体部１１３形成のためのパターニングを行なう。
パターニング後はアセトンにより、表面および裏面のフォトレジストを除去する。
図１１（ｎ）に示す第１４のステップは、弁体１１３を形成する工程である。
ウェハ裏面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングする。
図１１（ｏ）に示す第１５のステップでは、支持部１１４を形成するためのマスクを作製する工程である。
ウェハ表面の酸化物層のパターニングを行なう。ウェハ表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベイク後、露光を行う。
さらに、現像、ポストベイクを行う。フォトレジストをマスクとして、フッ酸により、酸化物層をエッチングすることにより支持部１１４形成のためのパターニングを行なう。
パターニング後はアセトンにより、フォトレジストを除去する。次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によってエッチングする。
最後にフッ酸によって、マスクに使用したＳｉ酸化物を除去する。
図１１（ｐ）に示す第１６のステップは、シール面のコーティングを行なう工程である。コーティングは図のように弁体側に行なっても良いし、弁座側に行なっても良い。
コーティング材料としては、パリレン、サイトップ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミドなどがある。
パリレン、ＰＴＦＥは、蒸着によって、サイトップ、ポリイミドはスピンコーティングによってコーティング可能である。その他、スプレーによるコーティングも可能である。
図１１（ｑ）に示す第１７のステップは、組み立て工程である。
第６のステップまでで作製したダイヤフラム（可動部）１１１および弁座部１１２を有する部材と、第１１の工程までで作製した弁体部１１３を有する部材を重ね合わせることにより、小型減圧弁が完成する。
本実施例において、ボンディングはシリコンの拡散接合技術を用いているが、接合面に金属膜を予め成膜しておき、金属同士で接合を行なう方法や、接着剤などを使用することも可能である。
【００２９】
［実施例３］
実施例３においては、接続機構の第２の構成例について説明する。
図１２に、本実施例の構成例を説明するための断面図を示す。
図１２において、２０１は可動部となるダイヤフラム、２０２は伝達機構であるピストン、２０３は弾性部材、２０４は貫通孔、２１０はガスケット、２１１は、ロック機構である。
本実施例の接続機構の一方は、一方の配管に接続される、可動部となるダイヤフラム２０１、伝達機構であるピストン２０２、ガスケット２１０、および、ロック機構２１１からなる。
また、本接続機構のもう一方は、他方の配管に接続される、弁部２００を有し、上記した伝達機構の動作方向に垂直方向に延設された貫通孔２０４が設けられた弾性部材２０３からなる。
【００３０】
図１３、図１４に基づいて、本減圧弁の動作を説明する。
図１３は、本実施例の接続機構の接続時の断面図である。
ダイヤフラム（可動部）を有する機構と弁部を有する機構が合わさり、ロック機構２１１によってロックされている。
また、上記した一方の配管と他方の配管の接続時において、これらの接触箇所から流体が漏れるのを防止するため、接触面はガスケット２１０によって、内部を流れる流体が外に漏れないようになっている。
貫通孔２０４は通常は閉じており、伝達機構２０２の先端部が貫通孔を押し広げることにより、弁が開く。
伝達機構先端の形状は、図１２のような円錐形でも構わないが、図１５のように、さらに、溝部を側面に有するものでも良い。
【００３１】
ここで、本減圧弁の動作を説明する。
ダイヤフラム（可動部）２０１の上部の圧力をＰ0、バルブ上流の１次圧力をＰ1、バルブ下流の圧力をＰ2とする。
Ｐ2がＰ0より高いとダイヤフラム（可動部）２０１が上方にたわみ、貫通孔２０４は弁部２００の弾性により閉じるので、バルブは閉じている。
一方、Ｐ2がＰ0より低いとダイヤフラム（可動部）２０１が下方にたわみ、伝達機構２０２が弁部２００の貫通孔２０４を押し広げるので、図１３に示すように、バルブは開く。
これによって、Ｐ2を一定に保つことができる。ダイヤフラム（可動部）２０１の面積、厚さ、伝達機構２０２の長さ、弁部２００の厚さや弾性を調整することで、バルブが開閉する圧力や流量を最適に設計することができる。
【００３２】
本実施例の減圧弁は、機械加工技術を用いて、以下のように作製することができる。
図１６は本実施例における接続機構の減圧弁を貫通孔側から見た場合の分解斜視図である。
まず、ダイヤフラム（可動部）２０１には、バイトンゴムやシリコーンゴムなどの弾性材料の他に、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料を使用することができる。
例えば、ステンレスを材料に用いた場合には、エッチングや切削加工などにより伝達機構を一体型で作製することができる。
弁部２００の材料には、バイトンゴムやシリコーンゴムなどの弾性材料を使用することができる。
【００３３】
［実施例４］
実施例４においては、本発明の接続機構を搭載した発電量が数ミリワットから数百ワットまでの小型固体高分子型燃料電池について説明する。
図１７に、本実施例の燃料タンク、および、燃料電池発電部の斜視図を示す。
また、図１８に燃料タンクと燃料電池発電部を接続した際の燃料電池の概観斜視図を示す。
また、図１９に本実施例の燃料電池のシステムの概要図を示す。
【００３４】
燃料電池の外寸法は５０ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍであり、通常コンパクトデジタルカメラで使用されているリチウムイオン電池の大きさとほぼ同じである。このように本実施例の燃料電池は小型で一体化されているため、携帯機器に組み込みやすい形状となっている。
また、本実施例の燃料電池は、酸化剤として反応に用いる酸素を外気から取り入れるため、上下面、及び側面に外気を取り入れるための通気孔１０１３を有する。
また、この孔は生成した水を水蒸気として逃がしたり、反応により発生した熱を外に逃がす働きもしている。
また、燃料電池内部は、酸化剤極１０１６、高分子電解質膜１０１７、燃料極１０１８からなる燃料電池セル１０１１と、燃料を貯蔵する燃料タンク１０１４、燃料タンクと各セルの燃料極とをつなぐ接続機構１０１５によって構成されている。
接続機構１０１５は燃料タンク１０１４と燃料電池発電部との着脱を可能にするだけでなく、切り離し時には、燃料タンク１０１４内の燃料が外に漏れ出したり、外気がタンク内に混入するのを防ぐチェックバルブ機能を有する。
さらには、接続時には、燃料タンク１０１４の圧力を調節して供給する減圧機能を有する。
【００３５】
次に、本実施例の燃料タンク１０１４について説明する。
タンクの内部には水素を吸蔵することが可能な水素吸蔵合金が充填されている。燃料電池に用いる高分子電解質膜の耐圧が０．３〜０．５ＭＰａであることから、外気との差圧が０．１ＭＰａ以内の範囲で用いる必要がある。
水素の解放圧が常温で０．２ＭＰａの特性を持つ水素吸蔵合金として、例えばＬａＮｉ5などを用いる。
燃料タンクの容積を燃料電池全体の半分とし、タンク肉厚を１ｍｍ、タンク材質をチタンとすると、この時、燃料タンクの重量は５０ｇ程度となり、また、燃料タンク体積は５．２ｃｍ3になる。
【００３６】
本タンク中に、水素の解放圧が常温で０．２ＭＰａを超えるような水素吸蔵材料を超える場合には、燃料タンク１０１４と燃料極１０１８との間に減圧のための手段を設ける必要がある。
例えば、ＬａＮｉ5は、重量当たり１．１ｗｔ％の水素を吸脱着可能である。ＬａＮｉ5の各温度における解離圧は図２０に示すようになっている。
タンクに蓄えられた水素は接続機構１０１５で減圧され、燃料極１０１８に供給される。また、酸化剤極１０１６には通気孔１０１３から外気が供給される。燃料電池セルで発電された電気は電極１０１２から小型電気機器に供給される。
【００３７】
図２１は本発明の接続機構を燃料電池に搭載した場合の関係図である。
弁部を有する接続機構１０１５は、燃料タンク１０１４とつながっている。
一方、可動部１を有する接続機構の出口流路１０１９は、燃料極１０１８へとつながり、ダイヤフラム（可動部）１の出口流路と反対面は酸化剤極（外気）と接している。
以下に燃料電池の発電に伴うバルブの開閉動作を説明する。
タンク切り離し時、および、発電停止中は接続機構１０１５の弁部は閉じている。
発電が始まると燃料極室の燃料は消費され、燃料極室の燃料の圧力は下がっていく。
ダイヤフラム（可動部）１は、外気圧と燃料極室の圧力との差圧から、燃料極室側にたわみ、ピストン（伝達機構）２を介して、弁体部４は押し下げられ、弁部は開状態となる。これにより、燃料タンク１０１４から、燃料極１０１８に燃料が供給される。
燃料極室の圧力が回復すると、ダイヤフラム（可動部）１は上に押し上げられ、接続機構１０１５は閉じる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１における接続機構の第１の構成例を説明するための断面図。
【図２】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例における支持部の形態を説明するための図であり、（ａ）は支持部の第１の形態を説明するための平面図、（ｂ）は第２の形態を説明するための平面図、（ｃ）は第３の形態を説明するための平面図。
【図３】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例における応用例を説明するための断面図。
【図４】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例における各部の圧力および断面積を説明するための（クローズ状態）図。
【図５】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例における弁が開いた状態を説明するための断面図。
【図６】本発明の実施例１の接続機構の第１の構成例を説明するための分解斜視図。
【図７】本発明の実施例１の接続機構における可動部の別の構成例を説明するための図であり、（ａ）その側断面、（ｂ）はその下面図。
【図８】本発明の実施例１の接続機構におけるロック機構の別の構成例を説明するための図であり、（ａ）可動部を有する側の構成を示す図、（ｂ）弁部を有する側の構成を示す図。
【図９】本発明の実施例２における可動部を有する接続機構の作製手順を説明するための各工程（（ａ）から（ｆ））図。
【図１０】本発明の実施例２における図９に続く可動部を有する接続機構の作製手順を説明するための各工程（（ｇ）から（ｋ））図。
【図１１】本発明の実施例２における図１０に続く可動部を有する接続機構の作製手順を説明するための各工程（（ｉ）から（ｑ））図。
【図１２】本発明の実施例３における接続機構の第２の構成例を説明するための断面図。
【図１３】本発明の実施例３における接続機構の第２の構成例の接続状態を示す断面図。
【図１４】本発明の実施例３における接続機構の第２の構成例の弁が開いた状態を示す断面図。
【図１５】本発明の実施例３における接続機構の第２の構成例の伝達機構の別の形態を示す断面図。
【図１６】本発明の実施例３における接続機構の減圧弁を貫通孔側から見た場合の分解斜視図。
【図１７】本発明の実施例４における燃料タンクおよび燃料電池発電部の構成を示す斜視図。
【図１８】本発明の実施例４における燃料タンクと燃料電池発電部を接続した際の燃料電池の概観斜視図。
【図１９】本発明の実施例４における燃料電池のシステムの概要図。
【図２０】本発明の実施例４の燃料電池システムにおける水素吸蔵合金（ＬａＮｉ5）の解離圧力を説明するための図。
【図２１】本発明の実施例４における接続機構の位置関係を説明するための図。
【符号の説明】
【００３９】
１：ダイヤフラム（可動部）
２：ピストン（伝達機構）
３：弁座部
４：弁体部
５：支持部
６：シール
７：押さえ板
８：出口流路
１０：ガスケット
１１：燃料電池セル（ロック機構）
５０：温度変位部
１０１：第１のウェハ
１０２：第２のウェハ
１０３：第３のウェハ
１０４：第４のウェハ
１１１：ダイヤフラム（可動部）
１１２：弁座部
１１３：弁体部
１１４：支持部
１１５：ピストン（伝達機構）
１１６：シール材
１１７：入口流路
１１８：出口流路
１２０：ガスケット
２００：弁部
２０１：ダイヤフラム（可動部）
２０２：伝達機構
２０３：弾性部材
２０４：貫通孔
２０５：切り込み
２０７：押さえ板
２０８：出口流路
２１０：ガスケット
２１１：ロック機構
１０１１：燃料電池セル
１０１２：電極
１０１３：通気孔
１０１４：燃料タンク
１０１５：接続機構
１０１６：酸化剤極
１０１７：高分子電解質膜
１０１８：燃料極
１０１９：出口流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する複数の配管を接続する流体配管の接続機構であって、
前記複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された、圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた第２の部品と、
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構とを備え、
前記開閉機構が、弁座部と、弁体部と、前記弁体部を支持する支持部とを備え、前記支持部が、前記伝達機構によって伝達される前記可動部の動作に応じて、前記弁体部と前記弁座部間を開閉可能に、前記弁体部を支持し、
前記弁体部を支持する支持部が、前記伝達機構の動作方向に垂直で、かつ前記弁体部を含む平面上に設けられている、前記弁体部を支持する弾性体によって構成され、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続によって、これらの接続部位に前記伝達機構を介して前記可動部の動作を前記開閉機構に伝える圧力制御弁が構成されることを特徴とする流体配管の接続機構。
【請求項２】
前記可動部が、ダイヤフラムであることを特徴とする請求項１に記載の流体配管の接続機構。
【請求項３】
前記圧力制御弁が、減圧弁としての機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の流体配管の接続機構。
【請求項４】
前記弁体部を支持する支持部が、一部に、閾値以上の温度により前記弁体部を閉じる位置に変位する温度変位部を含み構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体配管の接続機構。
【請求項５】
前記温度変位部が、形状記憶合金で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の流体配管の接続機構。
【請求項６】
前記温度変位部が、バイメタルで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の流体配管の接続機構。
【請求項７】
前記圧力制御弁が、減圧弁としての機能の他に、温度遮断弁としての機能を併せ有することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構。
【請求項８】
前記開閉機構が、前記伝達機構の動作方向に垂直方向に延設された貫通孔を有する弾性体で構成され、
前記貫通孔が、前記伝達機構により伝達される前記可動部の動作に応じて、前記伝達機構の先端部によって開閉されることを特徴とする請求項１に記載の流体配管の接続機構。
【請求項９】
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続時においてこれらの接触箇所から流体が漏れるのを防止するためのガスケットを有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構。
【請求項１０】
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続時において該接続を維持するためのロック機構を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構。
【請求項１１】
前記圧力制御弁の一部を構成する差圧によって動作する可動部、前記可動部の動作によって開閉される開閉機構及び伝達機構のそれぞれが、
シート状部材または板状部材で形成され、それらを積層して構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構。
【請求項１２】
複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた第２の部品と、
これらの部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構と、を備えた流体配管接続機構の製造方法であって、
前記複数の配管の一方の側に配設するための前記可動部を、シート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記伝達機構を、シート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記複数の配管の他方の側に配設するための前記開閉機構を、弁座部、弁体部および該弁体部を支持する支持部とによって形成するに際し、これらをシート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記可動部側、または前記開閉機構側のいずれか一方に、シート状部材または板状部材でガスケットを形成する工程と、
を有することを特徴とする流体配管接続機構の製造方法。
【請求項１３】
前記シート状部材または板状部材の少なくとも一部に、半導体基板を用いることを特徴とする請求項１２に記載の流体配管接続機構の製造方法。
【請求項１４】
燃料容器と燃料電池発電部との間に流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムにおいて、
前記流体配管の接続機構が、請求項１から１１のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構、
または請求項１２から１３のいずれか１項に記載の流体配管接続機構の製造方法によって製造された流体配管の接続機構いずれかによって構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
流体が流通する複数の配管を接続する流体配管の接続機構であって、
前記複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された、圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた第２の部品と、
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構とを備え、
前記開閉機構が、弁座部と、弁体部と、前記弁体部を支持する支持部とを備え、前記支持部が、前記伝達機構によって伝達される前記可動部の動作に応じて、前記弁体部と前記弁座部間を開閉可能に、前記弁体部を支持し、
前記弁体部を支持する支持部が、前記伝達機構の動作方向に垂直で、かつ前記弁体部を含む平面上に設けられている、前記弁体部を支持する弾性体によって構成され、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続によって、これらの接続部位に前記伝達機構を介して前記可動部の動作を前記開閉機構に伝える圧力制御弁が構成されることを特徴とする流体配管の接続機構。
【請求項２】
前記可動部が、ダイヤフラムであることを特徴とする請求項１に記載の流体配管の接続機構。
【請求項３】
前記圧力制御弁が、減圧弁としての機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の流体配管の接続機構。
【請求項４】
前記弁体部を支持する支持部が、一部に、閾値以上の温度により前記弁体部を閉じる位置に変位する温度変位部を含み構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体配管の接続機構。
【請求項５】
前記温度変位部が、形状記憶合金で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の流体配管の接続機構。
【請求項６】
前記温度変位部が、バイメタルで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の流体配管の接続機構。
【請求項７】
前記圧力制御弁が、減圧弁としての機能の他に、温度遮断弁としての機能を併せ有することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構。
【請求項８】
前記開閉機構が、前記伝達機構の動作方向に垂直方向に延設された貫通孔を有する弾性体で構成され、
前記貫通孔が、前記伝達機構により伝達される前記可動部の動作に応じて、前記伝達機構の先端部によって開閉されることを特徴とする請求項１に記載の流体配管の接続機構。
【請求項９】
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続時においてこれらの接触箇所から流体が漏れるのを防止するためのガスケットを有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構。
【請求項１０】
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方に、
前記第１の部品の配設された配管と、前記第２の部品の配設された配管との接続時において該接続を維持するためのロック機構を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構。
【請求項１１】
前記圧力制御弁の一部を構成する差圧によって動作する可動部、前記可動部の動作によって開閉される開閉機構及び伝達機構のそれぞれが、
シート状部材または板状部材で形成され、それらを積層して構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構。
【請求項１２】
複数の配管の一方の側に配設された、差圧によって動作する圧力制御弁の一部を構成する可動部を備えた第１の部品と、
前記複数の配管の他方の側に配設された圧力制御弁の一部を構成する前記可動部の動作によって開閉される開閉機構を備えた第２の部品と、
これらの部品の少なくとも一方に設けられた伝達機構と、を備えた流体配管接続機構の製造方法であって、
前記複数の配管の一方の側に配設するための前記可動部を、シート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記伝達機構を、シート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記複数の配管の他方の側に配設するための前記開閉機構を、弁座部、弁体部および該弁体部を支持する支持部とによって形成するに際し、これらをシート状部材または板状部材で形成する工程と、
前記可動部側、または前記開閉機構側のいずれか一方に、シート状部材または板状部材でガスケットを形成する工程と、
を有することを特徴とする流体配管接続機構の製造方法。
【請求項１３】
前記シート状部材または板状部材の少なくとも一部に、半導体基板を用いることを特徴とする請求項１２に記載の流体配管接続機構の製造方法。
【請求項１４】
燃料容器と燃料電池発電部との間に流体配管の接続機構を備えた燃料電池システムにおいて、
前記流体配管の接続機構が、請求項１から１１のいずれか１項に記載の流体配管の接続機構、
または請求項１２から１３のいずれか１項に記載の流体配管接続機構の製造方法によって製造された流体配管の接続機構いずれかによって構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００８−８２５４３（Ｐ２００８−８２５４３Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１６７１１（Ｐ２００７−２１６７１１）
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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