流路構造体及びその製造方法
【課題】積層時の加熱及び加圧による流路の変形を抑制することができる流路構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複数の基板１〜６を積層することによって内部に流路１４が形成された流路構造体１０は、複数の基板１〜６のうち少なくとも二つの基板１，６は、その表面に該表面を覆う支持層（銅箔７，８）が設けられている。
【解決手段】複数の基板１〜６を積層することによって内部に流路１４が形成された流路構造体１０は、複数の基板１〜６のうち少なくとも二つの基板１，６は、その表面に該表面を覆う支持層（銅箔７，８）が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基板を積層することによって内部に流路が形成された流路構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源としての発電セルを自動車や携帯機器などに搭載するため開発が進められている。発電セルは、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。
【０００３】
発電セルに用いる燃料としては水素単体が挙げられるが、常温、常圧で気体であることによる取り扱いに問題がある。これに対して、アルコール類及びガソリンといった水素原子を有する炭化水素系の液体燃料を改質して水素を生成する改質型発電セルでは、燃料を液体の状態で容易に保存することができる。このような発電セルにおいては、液体燃料及び水を気化させる気化器、気化された液体燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副生成物である一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器等の反応器を備えた反応装置が必要となる。
【０００４】
このような改質型発電セルを小型化するために、気化器、改質器、一酸化炭素除去器を積み重ねたマイクロリアクタの開発が進められている。マイクロリアクタは、燃料等の流路となる溝が形成された金属基板を接合して形成されたものであり、このような流路は、
従来、加圧と加熱をして接触した部分に相互拡散を生じさせる拡散接合の製法によって気密性を確保している。また、例えば、光後硬化性樹脂組成物からなるレジストフィルムを積層して、歪みやズレを防止する手法を用いることが開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３２９４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、発電セルモジュールなどで使用する流路構造体の材料は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）などの耐熱性、耐薬品性などの特徴を持った熱可塑性樹脂が用いられている。
しかしながら、熱可塑性樹脂は熱膨張する性質があることから、流路を形成する天面が歪んだり、熱膨張で体積が増加及び弾性率が下がることで、厚み方向の変形を起こし周囲からの流動分も寄与し、圧力のかからない流路溝方向に変形したりするという問題がある。流体に近い状態の樹脂であれば溝部が膨らむような形状となるが、樹脂自体が流動しない状態で積層されることになるので、両端部からの圧力によって弓なりに変形してしまう。また、冷却過程では変形した際の中心に沿って収縮をするため、流路部分に落ち込んだ形状のままとなってしまう。それらは、流路を閉塞する方向に変形するため、流路溝内に流体が流れる場合、圧力損失の増大を引き起こすという問題が発生する。さらに、流路溝内の不均一な変形の場合は、脈動が発生するという問題が発生する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、積層時の加熱及び加圧による流路の変形を抑制することができる流路構造体及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、複数の基板を積層することによって、流体が流通する流路が内部に形成された流路構造体において、
前記複数の基板のうち少なくとも二つの基板は、少なくとも積層方向の表面の一部に前記流路を支持する支持層を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の流路構造体において、
前記流路の前記積層方向の壁面を構成する前記基板の、少なくとも前記積層方向の表面の一部に、前記支持層が形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の流路構造体において、
前記基板の、前記流路の前記積層方向の壁面に対応する位置を含む表面に、前記支持層が形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の流路構造体において、
前記基板の、前記流路の前記積層方向の壁面に対応する位置を含む表面が、前記流路の内壁面の一部であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記流路の内面に、該内面を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記支持層の表面に、該表面を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記流路構造体の最外面の基板に電子部品が設けられていることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記支持層が、電子部品の配線回路パターンであることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記支持層が、金属膜であることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の流路構造体において、
前記金属膜が、銅であることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記流路構造体の全体を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項７に記載の流路構造体において、
前記流路構造体表面と前記電子部品表面に保護被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項１３の発明は、複数の基板を積層することによって、流体が流通する流路が内部に形成された流路構造体の製造方法において、
前記複数の基板のうち少なくとも二つの基板は、少なくとも積層方向の表面の一部に前記流路を支持する支持層を有することを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１３に記載の流路構造体において、
前記複数の基板を積層した後に前記支持層の少なくとも一部を除去することを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１３に記載の流路構造体において、
前記複数の基板を積層する前に前記支持層の少なくとも一部を除去することを特徴とする。
請求項１６の発明は、請求項１４又は１５に記載の流路構造体において、
前記流路構造体に保護被膜を形成することを特徴とする。
請求項１７の発明は、請求項１６に記載の流路構造体において、
前記流路構造体に実装する電子部品を前記流路構造体の最外面に実装した後に、前記流路構造体及び前記電子部品に保護被膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、積層時の加熱及び加圧による流路の変形を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
［第一の実施の形態］
図１は、発電ユニット２０の分解斜視図であり、図２は、図１の流路構造体１０の斜視図である。
この発電ユニット２０は、流路構造体１０、マイクロリアクタ１１、発電セル１２、エアポンプ１３等を備えている。流路構造体１０は、複数枚の基板１〜６を積層した多層基板からなっている。なお、図１及び図２に示す多層基板は６枚の基板１〜６から構成されている。
【００１０】
流路構造体１０は、燃料容器（図示しない）から燃料を供給する液体ポンプＰ１,Ｐ１、水を供給する液体ポンプＰ２,Ｐ２、これら液体ポンプＰ１,Ｐ１、Ｐ２，Ｐ２に接続されたマイクロバルブＶ１、エアポンプ１３に接続されたマイクロバルブＶ２を有している。さらに、流路構造体１０は、マイクロリアクタ１１及び発電セル１２を有している。
【００１１】
マイクロバルブＶ１,Ｖ２は、流路構造体１０の上面（最上面の基板１）に実装されている。マイクロバルブＶ１は、開弁・閉弁することによって流体の流れを許容したり、阻止したりするon−offバルブであり、マイクロバルブＶ２は、流体の流量を制御する制御バルブ（可変バルブ）である。
【００１２】
流路構造体１０の上面にはマイクロリアクタ１１が表面実装されている。マイクロリアクタ１１は、例えば気化器、改質器、一酸化炭素除去器及び燃焼器をユニット化したものであり、気化器が改質器に通じ、改質器が一酸化炭素除去器に通じている。マイクロリアクタ１１は断熱パッケージの中に収容されている。
マイクロリアクタ１１には、流路構造体１０の流路１４(図３参照)と、気化器、改質器、一酸化炭素除去器及び燃焼器とを連通するための各ポート（図示しない）が設けられている。
【００１３】
流路構造体１０の上面にはマイクロリアクタ１１とともに、発電セル１２が表面実装されている。発電セル１２は、触媒を担持した燃料極と、触媒を担持した酸素極と、燃料極と酸素極の間に挟持した電解質膜とをユニット化したものである。発電セル１２には、流路構造体１０と、燃料極や酸素極とが通じる各ポート（図示しない）が設けられている。
流路構造体１０の下面の中央位置にはエアポンプ１３がエアフィルタ（図示しない）を介して表面実装されている。エアポンプ１３には、エアポンプ１３に吸引された空気が排出されるポート（図示しない）が形成され、エアフィルタを経由して吸入された空気はポートを介して流路構造体１０内の流路１４（溝５d）を通して、各部に供給されるようになっている。
【００１４】
流路構造体１０を構成する６枚の基板１〜６のうち、最上面の基板１には、マイクロバルブＶ１,Ｖ２に連通する穴１a,１b,１c、マイクロリアクタ１１に連通する穴１d、発電セル１２に連通する穴１e,１fがそれぞれ所定位置に形成され、６枚の基板１〜６のうち、最下面の基板６には、液体ポンプＰ１,Ｐ１、Ｐ２，Ｐ２に連通する穴６a,６b,６c,６d、エアポンプ１３に連通する穴６eがそれぞれ所定位置に形成されている。また、６枚の基板１〜６のうち、最上下面の基板１，６以外の４枚の基板２〜４には、最上下面の基板１，６に形成された各穴１a〜１f、６a〜６eに連通する溝５a〜５dが適宜形成されている（図１では、基板５のみに溝５a〜５dを図示している）。これら溝５a〜５dは、６枚の基板１〜６が積層されることによって流路１４を構成する。溝５aは、液体ポンプＰ１，Ｐ２、穴６a，６b、穴１a及びマイクロバルブＶ１に連通して、マイクロリアクタ１１に燃料と水を供給する。溝５bは、液体ポンプＰ１，Ｐ２、穴６c,６d、穴１b及びマイクロバルブＶ１に連通して、マイクロリアクタ１１に燃料と水を供給する。溝５cは、穴１d、マイクロリアクタ１１、穴１f及び発電セル１２に連通して、マイクロリアクタ１１で生成した改質ガスを発電セル１２の燃料極に供給する。溝５dは、エアポンプ１３、穴６e、穴１c、マイクロバルブＶ２に連通して空気をマイクロリアクタ１１に供給し、また、エアポンプ１３、穴６e、穴１e、発電セル１２にも連通し、空気を発電セル１２の酸素極に供給する。
【００１５】
上述のような発電ユニット２０においては、液体ポンプＰ１,Ｐ１、Ｐ２，Ｐ２から供給された燃料と水は、マイクロリアクタ１１に供給されてマイクロリアクタ１１における気化器により気化され、改質器に供給される。改質器は、気化器から供給された燃料と水の混合気を化学反応式（１）のように反応させ、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス（及び後述の副生成物である一酸化炭素を含む）の混合気体を生成する。一酸化炭素除去器は、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）のような式によって微量に副生される一酸化炭素を、化学反応式（３）のように、エアポンプ１３から流路構造体１０の溝５dを介して空気によって酸化させることで混合気体から除去する。以下、この一酸化炭素を除去した混合気体を改質ガスと言う。
【００１６】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３）
【００１７】
発電セル１２の燃料極側には一酸化炭素除去器から、流路構造体１０の溝５cを介して改質ガスが供給される。また、発電セル１２の酸素極側にはエアポンプ１３から流路構造体１０の溝５dを介して空気が供給されて、改質ガスのうちの水素ガスは電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に設けられた触媒により水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して酸素極側へ移動し、電子は外部回路を経て酸素極に移動する。酸素極側では電気化学反応式（５）に示すように、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を経て酸素極から供給される電子と、外気から供給される酸素ガスとの化学反応により水を生成する。この燃料極と酸素極の電極電位の差から電気エネルギーを取り出すことができる。
【００１８】
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ …（５）
【００１９】
なお、上記電気化学反応をせずに残った水素ガス（以下、オフガスと言う）を、燃焼器に供給してもよい。燃焼器は、燃料容器から供給された燃料、または、オフガスに、酸素を混在させて燃焼し、改質器や一酸化炭素除去器を加熱する。
【００２０】
図３は、切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
図３に示すように、最上面の基板１の外面（上面）及び最下面の基板６の外面（下面）には、各外面を覆うＧＮＤ層の銅箔（支持層）７，８が全面にそれぞれ形成されている。これら最上下面の基板１，６としては、熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）に熱と圧力を加えて銅箔を張り合わせた銅箔付き樹脂、例えばＩＢＵＫＩ（登録商標、三菱樹脂製）を使用することが好ましい。また、その他の４枚の基板２〜５としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用することが好ましいが、前述の銅箔付き樹脂を用いても構わず、またポリエーテルエーテルケトンと銅箔付きポリエーテルエーテルケトンを混在させても良い。
そして、各基板１〜６は、加圧と加熱をして接触した部分に相互拡散を生じさせる拡散接合又は熱溶着で積層させるが、加熱温度はＴｇ（ガラス転移点）に近い温度で行う。具体的には、平面プレスの温度をＴｇ近辺に設定をして、積層させた基板１〜６に治具を装着し、積層された面内に空気を残さないように減圧環境にして適度な圧力と時間をかけて接合する。例えば、熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のＴｇは１４３℃である。
このように流路１４を構成する最上下面の基板１，６の外面にそれぞれ銅箔７，８が形成されているので、銅箔７，８と熱可塑性樹脂が存在することになり、両端部からの圧力がかかっても銅箔７，８と熱可塑性樹脂の界面が熱圧着されていることにより銅箔７，８の剛性で弓なりに変形しようとする樹脂の流れを抑制でき、変形を抑えることができる。
【００２１】
なお、銅箔７，８と熱可塑性樹脂の熱圧着された界面が容易に剥離しないように銅箔貼り付け時の温度よりも低減させた温度で接合を行うことが好ましい。また銅箔７，８の接合面にエッチングなどで凹凸を形成して、熱可塑性樹脂をその凹凸に食い込ませるようなアンカー効果をもたらすようにしても良い。
【００２２】
また、熱可塑性樹脂に銅箔７，８を形成する方法として熱溶着としたが、これに限らず、積層時に接合界面の剥離を起こさない強度を持ったメッキによって形成しても良い。
【００２３】
さらに、銅箔７，８は、最上下面の基板１，６の外面にのみ設けるとしたが、後述するように、銅箔７，８を配線回路パターンとして用いる場合など、例えば高密度回路設計を行う場合、その他の４枚の基板２〜５のいずれかの基板にも形成しても構わない。
【００２４】
図４は、基板に銅箔を設けない場合の流路構造体のサンプルの表面、図５は、図４の裏面、図６は、基板に銅箔を設けた場合の流路構造体のサンプルの表面（但し、本願発明の効果を明確にするため、表面の銅箔は後述するエッチング方法で全て除去している。）、図７は、図６の裏面を示している（図６同様、表面の銅箔をエッチング除去している）。
ここで、本発明のように基板に銅箔を設けた場合と、銅箔を設けない場合における流路構造体のサンプルをそれぞれ形成したところ、図４及び図５に示すように銅箔を設けない場合には歪みが発生していることが明らかに認められる。なお、両サンプルはいずれも流路巾が２．０ｍｍ、流路の深さが０．５ｍｍである。
以上のように、複数の基板１〜６のうち、流路１４を形成する外壁面に当たる箇所の基板１，６に銅箔７，８が設けられているので、積層時の加熱及び加圧による熱可塑性樹脂の変形を抑制することができる。特に、基板１，６の外面全面に銅箔７，８を設けることによって、変形を確実に抑制することができる。また、この銅箔７を用いて後述のように、電子部品１５（図９参照）などを流路構造体１０表面に実装する場合の配線回路パターン（不図示）をフォトリソグラフィの技術を用いて、容易に形成することもできる。また、図４で示した例のように、複数の基板を積層後、表面の銅箔を一部、もしくは全てをエッチング除去しても構わない。このとき、エッチング液は塩化第二鉄液を使用することが好ましい。
【００２５】
図８(a)は、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９を形成した状態の流路構造体１０の断面図、図８(b)は、図８(a)の切断線VIII−VIIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
図８に示すように、各基板１〜６を拡散接合で積層した場合の、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９が形成されている。保護被膜９の原料としては、例えば耐湿性、耐薬品性、絶縁性などを特徴とするポリパラキシリレンを使用し、ジパラキシリレン（ダイマー）を低圧下において加熱すると昇華、加熱分解しパラキシリレンラジカルガスを生成し、このガスを使用して、常温、真空中でＣＶＤ法を用いることによって流路１４の内部を含めた保護被膜９を形成することができる。保護被膜９を形成するポリパラキシリレンは、狭い隙間でもピンホールの無い均一に膜を形成することができ、常温での薄膜形成ができるので、被着物への熱的な障害を与えることもなく、硬化ストレスによる機械的応力や熱歪みによる熱応力が加わらないので薄膜形成後でも被着物の物性に影響は無いものである。
このように流路１４の内部にＣＶＤ法を用いて銅箔７，８の表面にポリパラキシリレンの保護被膜９を形成することにより、流路１４の変形を防ぎ、耐湿性、耐熱性、耐薬品性を向上させることができる。
【００２６】
図９は、電子部品１５が実装された流路構造体１０の斜視図、図１０(a)は、電子部品１５、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９を形成した状態の流路構造体１０の断面図、図１０(b)は、図１０(a)の切断線X−Xに沿って切断した際の矢視断面図である。
図９に示すように、電子部品１５を実装する場合、各基板１〜６を上述のように積層した後、フォトリソグラフィ技術を用いて配線回路パターンを形成する。例えば、最上面の基板１の銅箔７面にフォトレジスト膜を形成し、配線回路パターンに対応したフォトマスクを用いてフォトレジスト膜を感光後、不要なフォトレジスト膜を除去し、塩化第二鉄液でフォトレジスト膜が除去された部分の銅箔をエッチング除去し、そしてフォトレジスト膜を全て除去して配線回路パターンを形成する。この配線回路パターンに対応して電子部品１５は実装される。
また、図１０に示すように、流路構造体１０の表面に電子部品１５を形成した後に、ＣＶＤ法を用いて上述した保護被膜９を形成しても良い。
このように、電子部品１５を搭載した流路構造体１０に、ＣＶＤ法を用いて保護被膜９を形成することによって、流路１４内の変形や層間接着剤の溶出を防ぎ、電子部品１５の耐湿性、耐熱性、耐薬品性を向上させ、流路構造体１０に搭載したマイクロリアクタ１１や発電セル１２などのデバイスから万が一、液漏れがあっても電子部品１５を保護することができる。
【００２７】
［変形例］
図１１は、図３の変形例を示した流路構造体１０Ａの断面図である。図１１において図３と同様の部材には同様の数字に英字Ａを付している。
図１１では、図３と異なり、銅箔７Ａ，８Ａが最上面の基板１Ａの内面（下面）及び最下面の基板６Ａの内面（上面）の全面にそれぞれ形成されている。この場合、流路１４Ａを形成する上下内壁面に銅箔７Ａ，８Ａが形成されるので、積層時の加熱及び加圧による熱可塑性樹脂の変形を抑制することができる。特に、基板１Ａ，６Ａの内面全面に銅箔７Ａ，８Ａを設けることによって、変形を確実に抑制することができる。
また、流路１４Ａを形成する上下内壁面に銅箔７Ａ，８Ａを形成した場合、銅箔７Ａ，８Ａが流路１４Ａ内に剥き出しになり、酸化や溶出の問題が起こるため、積層後にＣＶＤ法により上述したように保護被膜（図示しない）を形成することが好ましい。
【００２８】
なお、流路１４Ａ内に保護被膜７Ａ，８Ａを形成するとしたが、これに限らず、スルーホールを作成する工程などのメッキ法を用いて流路１４Ａの内面に金メッキを施しても構わない。
【００２９】
また、銅箔７Ａ，８Ａは、最上下面の基板１Ａ，６Ａの内面全面に設けるとしたが、流路１４Ａを形成する上下内壁面に対応する位置の銅箔７Ａ，８Ａを残すようにして、その他の銅箔７Ａ，８Ａをエッチングした後、各基板１Ａ〜６Ａを積層するようにしても良い。
さらに、流路構造体１０の流路１４の形状は、上述の図１に示したものに限らず適宜変更可能である。
【００３０】
［第二の実施の形態］
図１２は、電子機器１００の上面側を主に示した斜視図であり、図１３は、電子機器１００の下面側を主に示した斜視図である。
この電子機器１００は、下本体１０１と、上本体１０２と、を有する。下本体１０１の上面には、タッチパッド１０３及びキーボード装着部１０４が設けられ、キーボード装着部１０４にはキーボードが装着される。下本体１０１の背面部がヒンジ結合を介して上本体１０２に結合されている。上本体１０２にはディスプレイ１０５が設けられ、上本体１０２が下本体１０１に重ねられてこれらが閉じると、ディスプレイ１０５がキーボード装着部１０４に対向する。
【００３１】
下本体１０１の背面部には、発電ユニット２０Ｂが設けられている。この発電ユニット２０Ｂは下本体１０１に対して着脱可能とされており、下本体１０１から取り外した状態の発電ユニット２０Ｂを図１２に示す。
図１４は、発電ユニット２０Ｂの構成を示したブロック図、図１５は、発電ユニット２０Ｂの内部の斜視図である。
発電ユニット２０Ｂの内部には、各種の小型反応器、小型流体機器等が設けられている。燃料容器２０１は、燃料と水を別々に貯留するものであり、図１４では二つの燃料容器２０１，２０１が、発電ユニット２０Ｂに対して着脱可能とされている。
【００３２】
液体ポンプＰ１，Ｐ１は、燃料容器２０１，２０１内の燃料を吸引して、マイクロバルブＶ１を介して気化器２０２に送液するものである。液体ポンプＰ２，Ｐ２は、燃料容器２０１，２０１内の水を吸引して、マイクロバルブＶ１を介して気化器２０２に送液するものである。
【００３３】
外部の空気がエアポンプ２１０によって発電セル２０６の酸素極２０８、一酸化炭素除去器２０４及び燃焼器２０５に送られる。エアポンプ２１０によって吸い込まれる空気はエアフィルタ２１１を通過するので、空気中の塵埃が除去される。エアポンプ２１０と一酸化炭素除去器２０４との間には流量センサＳ１及びマイクロバルブＶ２が設けられ、エアポンプ２１０と燃焼器２０５との間には流量センサＳ２及びマイクロバルブＶ２が設けられている。マイクロバルブＶ２，Ｖ３は空気流量を制御するものであり、流量センサＳ１，Ｓ２は空気流量を検出して電気信号に変換するものである。
【００３４】
気化器２０２は、燃料と水の混合液を気化させるものである。気化器２０２で気化した混合気は改質器２０３へ送出される。改質器２０３は、気化した水と燃料から水素ガス等を上記化学反応式（１）のように触媒反応により生成し、更に微量ながら一酸化炭素ガスを上記化学反応式（２）のように生成する。
【００３５】
改質器２０３で生成されたガスが一酸化炭素除去器２０４に送出される。一酸化炭素除去器２０４は、一酸化炭素を触媒により優先的に酸化させることで、上記化学反応式（３）のように一酸化炭素を選択的に除去する（下記化学反応式（３）参照）。
【００３６】
一酸化炭素除去器２０４を経た生成ガスが発電セル２０６の燃料極２０７に送出される。発電セル２０６は、燃料極２０７と、酸素極２０８と、燃料極２０７と酸素極２０８との間に挟まれた電解質膜２０９とを有する。発電セル２０６においては、燃料極２０７に供給された生成ガスのうち水素が電解質膜２０９を介して、酸素極２０８に供給された空気中の酸素と電気化学反応することによって、燃料極２０７と酸素極２０８との間で電力が生じる。
【００３７】
電解質膜２０９が固体高分子電解質膜である場合、燃料極２０７では上記電気化学反応式（４）のような反応が起き、燃料極２０７で生成された水素イオンが電解質膜２０９を透過し、酸素極２０８では上記電気化学反応式（５）のような反応が起こる。
【００３８】
酸素極２０８を経た空気等が外部に排出される。一方、燃料極２０７で電気化学反応せずに残った水素ガス等が燃焼器２０５に送られる。燃焼器２０５は、未反応の水素ガス等を触媒により燃焼させるものである。燃焼器２０５において燃焼熱が生じ、その燃焼熱が気化器２０２における気化潜熱として用いられたり、改質器２０３や一酸化炭素除去器２０４などの反応器の反応温度を維持する熱源の一部として用いられたりする。燃焼器２０５を経た排気物は外部に排出される。
【００３９】
発電セル２０６の燃料極２０７と酸素極２０８との間で生じた電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２１２に供給される。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２は発電セル２０６により生成された電気を適切な電圧に変換して電子機器の各部に供給する機能の他に、発電セル２０６により生成された電気を２次電池２１３に充電する機能を有する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２は、２次電池２１３に蓄電された電力を電子機器の各部に供給する機能を有する。発電セル２０６の出力電力を表す信号がＤＣ／ＤＣコンバータ２１２によって生成され、その信号が制御回路２１４に出力される。制御回路２１４は、液体ポンプＰ１，Ｐ２やマイクロバルブＶ１〜Ｖ３を制御する。更には、流量センサＳ１，Ｓ２により検知された流量が制御回路２１４に入力される。更に、２次電池２１３の蓄電量が制御回路２１４に入力される。また、制御回路２１４はディスプレイ１０５に表示制御信号を出力し、ディスプレイ１０５に各種の表示を行う。制御回路２１４はマイコン、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するものである。
【００４１】
次に、発電ユニット２０Ｂの構造について説明する。
図１５に示すように、発電ユニット２０Ｂは、流路構造体１０Ｂ、マイクロリアクタ２００、発電セル２０６、エアフィルタ２１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２、２次電池２１３、制御回路部２１４、エアポンプ２１０等を備えている。流路構造体１０Ｂは、第一の実施の形態と同様に６枚の基板１Ｂ〜６Ｂを積層した多層基板からなっている。
【００４２】
流路構造体１０Ｂの上面には、マイクロバルブＶ１〜Ｖ３、気化器２０２、改質器２０３、一酸化炭素除去器２０４及び燃焼器２０５をユニット化したマイクロリアクタ２００、発電セル２０６、２次電池２１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１２が表面実装されている。また、流路構造体１０Ｂの下面には、制御回路部２１４、液体ポンプＰ１，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２及びエアポンプ２１０が表面実装されている。
流路構造体１０Ｂは、第一の実施の形態と同様に６枚の基板１Ｂ〜６Ｂからなり、内部に流路（図示しない）が形成され、最上下面の基板１Ｂ，６Ｂに形成された各穴（図示しない）を介して各反応器に流体が流れるようになっている。
流路構造体１０Ｂは、第一の実施の形態と同様に、流路を形成する外壁面又は内壁面の少なくとも一方に銅箔（図示しない）が形成されている。例えば、最上下面の基板１Ｂ，６Ｂの外面又は内面に銅箔が形成されている。また、流路構造体１０Ｂの表面に電子部品を形成した後に、ＣＶＤ法を用いて上述した保護被膜（図示しない）を形成しても良い。
以上のように、第二の実施の形態においても複数の基板１Ｂ〜６Ｂのうち、流路を形成する外壁面又は内壁面の少なくとも一方に銅箔を設けることにより、積層時の加熱及び加圧による熱可塑性樹脂の変形を抑制することができる。また、形成した銅箔を用いて電子部品の配線回路パターンも容易に形成することができる。
【００４３】
また、第一の実施の形態、第二の実施の形態において、複数の基板の枚数は、６枚であったがこれに限定されるものではなく、さらに複数の基板を積層して形成された流路は、積層方向に複数有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、発電ユニット２０の分解斜視図である。
【図２】図１の流路構造体１０の斜視図である。
【図３】切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図４】基板に銅箔を設けない場合の流路構造体のサンプルの表面を示している。
【図５】図４の裏面を示している。
【図６】基板に銅箔を設けた場合の流路構造体のサンプルの表面を示している。
【図７】図６の裏面を示している。
【図８】(a)は、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９を形成した状態の流路構造体１０の断面図、(b)は、図８(a)の切断線VIII−VIIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図９】電子部品１５が実装された流路構造体１０の斜視図である。
【図１０】(a)は、電子部品１５、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９を形成した状態の流路構造体１０の断面図、(b)は、図１０(a)の切断線X−Xに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１１】図３の変形例を示した流路構造体１０Ａの断面図である。
【図１２】電子機器１００の上面側を主に示した斜視図である。
【図１３】電子機器１００の下面側を主に示した斜視図である。
【図１４】発電ユニット２０Ｂの構成を示したブロック図である。
【図１５】発電ユニット２０Ｂの斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，２，３，４，５，６ 基板
９ 保護被膜
１０，１０Ａ，１０Ｂ 流路構造体
１４，１４Ａ 流路
１５ 電子部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基板を積層することによって内部に流路が形成された流路構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源としての発電セルを自動車や携帯機器などに搭載するため開発が進められている。発電セルは、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。
【０００３】
発電セルに用いる燃料としては水素単体が挙げられるが、常温、常圧で気体であることによる取り扱いに問題がある。これに対して、アルコール類及びガソリンといった水素原子を有する炭化水素系の液体燃料を改質して水素を生成する改質型発電セルでは、燃料を液体の状態で容易に保存することができる。このような発電セルにおいては、液体燃料及び水を気化させる気化器、気化された液体燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副生成物である一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器等の反応器を備えた反応装置が必要となる。
【０００４】
このような改質型発電セルを小型化するために、気化器、改質器、一酸化炭素除去器を積み重ねたマイクロリアクタの開発が進められている。マイクロリアクタは、燃料等の流路となる溝が形成された金属基板を接合して形成されたものであり、このような流路は、
従来、加圧と加熱をして接触した部分に相互拡散を生じさせる拡散接合の製法によって気密性を確保している。また、例えば、光後硬化性樹脂組成物からなるレジストフィルムを積層して、歪みやズレを防止する手法を用いることが開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３２９４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、発電セルモジュールなどで使用する流路構造体の材料は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）などの耐熱性、耐薬品性などの特徴を持った熱可塑性樹脂が用いられている。
しかしながら、熱可塑性樹脂は熱膨張する性質があることから、流路を形成する天面が歪んだり、熱膨張で体積が増加及び弾性率が下がることで、厚み方向の変形を起こし周囲からの流動分も寄与し、圧力のかからない流路溝方向に変形したりするという問題がある。流体に近い状態の樹脂であれば溝部が膨らむような形状となるが、樹脂自体が流動しない状態で積層されることになるので、両端部からの圧力によって弓なりに変形してしまう。また、冷却過程では変形した際の中心に沿って収縮をするため、流路部分に落ち込んだ形状のままとなってしまう。それらは、流路を閉塞する方向に変形するため、流路溝内に流体が流れる場合、圧力損失の増大を引き起こすという問題が発生する。さらに、流路溝内の不均一な変形の場合は、脈動が発生するという問題が発生する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、積層時の加熱及び加圧による流路の変形を抑制することができる流路構造体及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、複数の基板を積層することによって、流体が流通する流路が内部に形成された流路構造体において、
前記複数の基板のうち少なくとも二つの基板は、少なくとも積層方向の表面の一部に前記流路を支持する支持層を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の流路構造体において、
前記流路の前記積層方向の壁面を構成する前記基板の、少なくとも前記積層方向の表面の一部に、前記支持層が形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の流路構造体において、
前記基板の、前記流路の前記積層方向の壁面に対応する位置を含む表面に、前記支持層が形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の流路構造体において、
前記基板の、前記流路の前記積層方向の壁面に対応する位置を含む表面が、前記流路の内壁面の一部であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記流路の内面に、該内面を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記支持層の表面に、該表面を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記流路構造体の最外面の基板に電子部品が設けられていることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記支持層が、電子部品の配線回路パターンであることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記支持層が、金属膜であることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の流路構造体において、
前記金属膜が、銅であることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流路構造体において、
前記流路構造体の全体を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項７に記載の流路構造体において、
前記流路構造体表面と前記電子部品表面に保護被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項１３の発明は、複数の基板を積層することによって、流体が流通する流路が内部に形成された流路構造体の製造方法において、
前記複数の基板のうち少なくとも二つの基板は、少なくとも積層方向の表面の一部に前記流路を支持する支持層を有することを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１３に記載の流路構造体において、
前記複数の基板を積層した後に前記支持層の少なくとも一部を除去することを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１３に記載の流路構造体において、
前記複数の基板を積層する前に前記支持層の少なくとも一部を除去することを特徴とする。
請求項１６の発明は、請求項１４又は１５に記載の流路構造体において、
前記流路構造体に保護被膜を形成することを特徴とする。
請求項１７の発明は、請求項１６に記載の流路構造体において、
前記流路構造体に実装する電子部品を前記流路構造体の最外面に実装した後に、前記流路構造体及び前記電子部品に保護被膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、積層時の加熱及び加圧による流路の変形を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
［第一の実施の形態］
図１は、発電ユニット２０の分解斜視図であり、図２は、図１の流路構造体１０の斜視図である。
この発電ユニット２０は、流路構造体１０、マイクロリアクタ１１、発電セル１２、エアポンプ１３等を備えている。流路構造体１０は、複数枚の基板１〜６を積層した多層基板からなっている。なお、図１及び図２に示す多層基板は６枚の基板１〜６から構成されている。
【００１０】
流路構造体１０は、燃料容器（図示しない）から燃料を供給する液体ポンプＰ１,Ｐ１、水を供給する液体ポンプＰ２,Ｐ２、これら液体ポンプＰ１,Ｐ１、Ｐ２，Ｐ２に接続されたマイクロバルブＶ１、エアポンプ１３に接続されたマイクロバルブＶ２を有している。さらに、流路構造体１０は、マイクロリアクタ１１及び発電セル１２を有している。
【００１１】
マイクロバルブＶ１,Ｖ２は、流路構造体１０の上面（最上面の基板１）に実装されている。マイクロバルブＶ１は、開弁・閉弁することによって流体の流れを許容したり、阻止したりするon−offバルブであり、マイクロバルブＶ２は、流体の流量を制御する制御バルブ（可変バルブ）である。
【００１２】
流路構造体１０の上面にはマイクロリアクタ１１が表面実装されている。マイクロリアクタ１１は、例えば気化器、改質器、一酸化炭素除去器及び燃焼器をユニット化したものであり、気化器が改質器に通じ、改質器が一酸化炭素除去器に通じている。マイクロリアクタ１１は断熱パッケージの中に収容されている。
マイクロリアクタ１１には、流路構造体１０の流路１４(図３参照)と、気化器、改質器、一酸化炭素除去器及び燃焼器とを連通するための各ポート（図示しない）が設けられている。
【００１３】
流路構造体１０の上面にはマイクロリアクタ１１とともに、発電セル１２が表面実装されている。発電セル１２は、触媒を担持した燃料極と、触媒を担持した酸素極と、燃料極と酸素極の間に挟持した電解質膜とをユニット化したものである。発電セル１２には、流路構造体１０と、燃料極や酸素極とが通じる各ポート（図示しない）が設けられている。
流路構造体１０の下面の中央位置にはエアポンプ１３がエアフィルタ（図示しない）を介して表面実装されている。エアポンプ１３には、エアポンプ１３に吸引された空気が排出されるポート（図示しない）が形成され、エアフィルタを経由して吸入された空気はポートを介して流路構造体１０内の流路１４（溝５d）を通して、各部に供給されるようになっている。
【００１４】
流路構造体１０を構成する６枚の基板１〜６のうち、最上面の基板１には、マイクロバルブＶ１,Ｖ２に連通する穴１a,１b,１c、マイクロリアクタ１１に連通する穴１d、発電セル１２に連通する穴１e,１fがそれぞれ所定位置に形成され、６枚の基板１〜６のうち、最下面の基板６には、液体ポンプＰ１,Ｐ１、Ｐ２，Ｐ２に連通する穴６a,６b,６c,６d、エアポンプ１３に連通する穴６eがそれぞれ所定位置に形成されている。また、６枚の基板１〜６のうち、最上下面の基板１，６以外の４枚の基板２〜４には、最上下面の基板１，６に形成された各穴１a〜１f、６a〜６eに連通する溝５a〜５dが適宜形成されている（図１では、基板５のみに溝５a〜５dを図示している）。これら溝５a〜５dは、６枚の基板１〜６が積層されることによって流路１４を構成する。溝５aは、液体ポンプＰ１，Ｐ２、穴６a，６b、穴１a及びマイクロバルブＶ１に連通して、マイクロリアクタ１１に燃料と水を供給する。溝５bは、液体ポンプＰ１，Ｐ２、穴６c,６d、穴１b及びマイクロバルブＶ１に連通して、マイクロリアクタ１１に燃料と水を供給する。溝５cは、穴１d、マイクロリアクタ１１、穴１f及び発電セル１２に連通して、マイクロリアクタ１１で生成した改質ガスを発電セル１２の燃料極に供給する。溝５dは、エアポンプ１３、穴６e、穴１c、マイクロバルブＶ２に連通して空気をマイクロリアクタ１１に供給し、また、エアポンプ１３、穴６e、穴１e、発電セル１２にも連通し、空気を発電セル１２の酸素極に供給する。
【００１５】
上述のような発電ユニット２０においては、液体ポンプＰ１,Ｐ１、Ｐ２，Ｐ２から供給された燃料と水は、マイクロリアクタ１１に供給されてマイクロリアクタ１１における気化器により気化され、改質器に供給される。改質器は、気化器から供給された燃料と水の混合気を化学反応式（１）のように反応させ、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス（及び後述の副生成物である一酸化炭素を含む）の混合気体を生成する。一酸化炭素除去器は、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）のような式によって微量に副生される一酸化炭素を、化学反応式（３）のように、エアポンプ１３から流路構造体１０の溝５dを介して空気によって酸化させることで混合気体から除去する。以下、この一酸化炭素を除去した混合気体を改質ガスと言う。
【００１６】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３）
【００１７】
発電セル１２の燃料極側には一酸化炭素除去器から、流路構造体１０の溝５cを介して改質ガスが供給される。また、発電セル１２の酸素極側にはエアポンプ１３から流路構造体１０の溝５dを介して空気が供給されて、改質ガスのうちの水素ガスは電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に設けられた触媒により水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して酸素極側へ移動し、電子は外部回路を経て酸素極に移動する。酸素極側では電気化学反応式（５）に示すように、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を経て酸素極から供給される電子と、外気から供給される酸素ガスとの化学反応により水を生成する。この燃料極と酸素極の電極電位の差から電気エネルギーを取り出すことができる。
【００１８】
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ …（５）
【００１９】
なお、上記電気化学反応をせずに残った水素ガス（以下、オフガスと言う）を、燃焼器に供給してもよい。燃焼器は、燃料容器から供給された燃料、または、オフガスに、酸素を混在させて燃焼し、改質器や一酸化炭素除去器を加熱する。
【００２０】
図３は、切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
図３に示すように、最上面の基板１の外面（上面）及び最下面の基板６の外面（下面）には、各外面を覆うＧＮＤ層の銅箔（支持層）７，８が全面にそれぞれ形成されている。これら最上下面の基板１，６としては、熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）に熱と圧力を加えて銅箔を張り合わせた銅箔付き樹脂、例えばＩＢＵＫＩ（登録商標、三菱樹脂製）を使用することが好ましい。また、その他の４枚の基板２〜５としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用することが好ましいが、前述の銅箔付き樹脂を用いても構わず、またポリエーテルエーテルケトンと銅箔付きポリエーテルエーテルケトンを混在させても良い。
そして、各基板１〜６は、加圧と加熱をして接触した部分に相互拡散を生じさせる拡散接合又は熱溶着で積層させるが、加熱温度はＴｇ（ガラス転移点）に近い温度で行う。具体的には、平面プレスの温度をＴｇ近辺に設定をして、積層させた基板１〜６に治具を装着し、積層された面内に空気を残さないように減圧環境にして適度な圧力と時間をかけて接合する。例えば、熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のＴｇは１４３℃である。
このように流路１４を構成する最上下面の基板１，６の外面にそれぞれ銅箔７，８が形成されているので、銅箔７，８と熱可塑性樹脂が存在することになり、両端部からの圧力がかかっても銅箔７，８と熱可塑性樹脂の界面が熱圧着されていることにより銅箔７，８の剛性で弓なりに変形しようとする樹脂の流れを抑制でき、変形を抑えることができる。
【００２１】
なお、銅箔７，８と熱可塑性樹脂の熱圧着された界面が容易に剥離しないように銅箔貼り付け時の温度よりも低減させた温度で接合を行うことが好ましい。また銅箔７，８の接合面にエッチングなどで凹凸を形成して、熱可塑性樹脂をその凹凸に食い込ませるようなアンカー効果をもたらすようにしても良い。
【００２２】
また、熱可塑性樹脂に銅箔７，８を形成する方法として熱溶着としたが、これに限らず、積層時に接合界面の剥離を起こさない強度を持ったメッキによって形成しても良い。
【００２３】
さらに、銅箔７，８は、最上下面の基板１，６の外面にのみ設けるとしたが、後述するように、銅箔７，８を配線回路パターンとして用いる場合など、例えば高密度回路設計を行う場合、その他の４枚の基板２〜５のいずれかの基板にも形成しても構わない。
【００２４】
図４は、基板に銅箔を設けない場合の流路構造体のサンプルの表面、図５は、図４の裏面、図６は、基板に銅箔を設けた場合の流路構造体のサンプルの表面（但し、本願発明の効果を明確にするため、表面の銅箔は後述するエッチング方法で全て除去している。）、図７は、図６の裏面を示している（図６同様、表面の銅箔をエッチング除去している）。
ここで、本発明のように基板に銅箔を設けた場合と、銅箔を設けない場合における流路構造体のサンプルをそれぞれ形成したところ、図４及び図５に示すように銅箔を設けない場合には歪みが発生していることが明らかに認められる。なお、両サンプルはいずれも流路巾が２．０ｍｍ、流路の深さが０．５ｍｍである。
以上のように、複数の基板１〜６のうち、流路１４を形成する外壁面に当たる箇所の基板１，６に銅箔７，８が設けられているので、積層時の加熱及び加圧による熱可塑性樹脂の変形を抑制することができる。特に、基板１，６の外面全面に銅箔７，８を設けることによって、変形を確実に抑制することができる。また、この銅箔７を用いて後述のように、電子部品１５（図９参照）などを流路構造体１０表面に実装する場合の配線回路パターン（不図示）をフォトリソグラフィの技術を用いて、容易に形成することもできる。また、図４で示した例のように、複数の基板を積層後、表面の銅箔を一部、もしくは全てをエッチング除去しても構わない。このとき、エッチング液は塩化第二鉄液を使用することが好ましい。
【００２５】
図８(a)は、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９を形成した状態の流路構造体１０の断面図、図８(b)は、図８(a)の切断線VIII−VIIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
図８に示すように、各基板１〜６を拡散接合で積層した場合の、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９が形成されている。保護被膜９の原料としては、例えば耐湿性、耐薬品性、絶縁性などを特徴とするポリパラキシリレンを使用し、ジパラキシリレン（ダイマー）を低圧下において加熱すると昇華、加熱分解しパラキシリレンラジカルガスを生成し、このガスを使用して、常温、真空中でＣＶＤ法を用いることによって流路１４の内部を含めた保護被膜９を形成することができる。保護被膜９を形成するポリパラキシリレンは、狭い隙間でもピンホールの無い均一に膜を形成することができ、常温での薄膜形成ができるので、被着物への熱的な障害を与えることもなく、硬化ストレスによる機械的応力や熱歪みによる熱応力が加わらないので薄膜形成後でも被着物の物性に影響は無いものである。
このように流路１４の内部にＣＶＤ法を用いて銅箔７，８の表面にポリパラキシリレンの保護被膜９を形成することにより、流路１４の変形を防ぎ、耐湿性、耐熱性、耐薬品性を向上させることができる。
【００２６】
図９は、電子部品１５が実装された流路構造体１０の斜視図、図１０(a)は、電子部品１５、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９を形成した状態の流路構造体１０の断面図、図１０(b)は、図１０(a)の切断線X−Xに沿って切断した際の矢視断面図である。
図９に示すように、電子部品１５を実装する場合、各基板１〜６を上述のように積層した後、フォトリソグラフィ技術を用いて配線回路パターンを形成する。例えば、最上面の基板１の銅箔７面にフォトレジスト膜を形成し、配線回路パターンに対応したフォトマスクを用いてフォトレジスト膜を感光後、不要なフォトレジスト膜を除去し、塩化第二鉄液でフォトレジスト膜が除去された部分の銅箔をエッチング除去し、そしてフォトレジスト膜を全て除去して配線回路パターンを形成する。この配線回路パターンに対応して電子部品１５は実装される。
また、図１０に示すように、流路構造体１０の表面に電子部品１５を形成した後に、ＣＶＤ法を用いて上述した保護被膜９を形成しても良い。
このように、電子部品１５を搭載した流路構造体１０に、ＣＶＤ法を用いて保護被膜９を形成することによって、流路１４内の変形や層間接着剤の溶出を防ぎ、電子部品１５の耐湿性、耐熱性、耐薬品性を向上させ、流路構造体１０に搭載したマイクロリアクタ１１や発電セル１２などのデバイスから万が一、液漏れがあっても電子部品１５を保護することができる。
【００２７】
［変形例］
図１１は、図３の変形例を示した流路構造体１０Ａの断面図である。図１１において図３と同様の部材には同様の数字に英字Ａを付している。
図１１では、図３と異なり、銅箔７Ａ，８Ａが最上面の基板１Ａの内面（下面）及び最下面の基板６Ａの内面（上面）の全面にそれぞれ形成されている。この場合、流路１４Ａを形成する上下内壁面に銅箔７Ａ，８Ａが形成されるので、積層時の加熱及び加圧による熱可塑性樹脂の変形を抑制することができる。特に、基板１Ａ，６Ａの内面全面に銅箔７Ａ，８Ａを設けることによって、変形を確実に抑制することができる。
また、流路１４Ａを形成する上下内壁面に銅箔７Ａ，８Ａを形成した場合、銅箔７Ａ，８Ａが流路１４Ａ内に剥き出しになり、酸化や溶出の問題が起こるため、積層後にＣＶＤ法により上述したように保護被膜（図示しない）を形成することが好ましい。
【００２８】
なお、流路１４Ａ内に保護被膜７Ａ，８Ａを形成するとしたが、これに限らず、スルーホールを作成する工程などのメッキ法を用いて流路１４Ａの内面に金メッキを施しても構わない。
【００２９】
また、銅箔７Ａ，８Ａは、最上下面の基板１Ａ，６Ａの内面全面に設けるとしたが、流路１４Ａを形成する上下内壁面に対応する位置の銅箔７Ａ，８Ａを残すようにして、その他の銅箔７Ａ，８Ａをエッチングした後、各基板１Ａ〜６Ａを積層するようにしても良い。
さらに、流路構造体１０の流路１４の形状は、上述の図１に示したものに限らず適宜変更可能である。
【００３０】
［第二の実施の形態］
図１２は、電子機器１００の上面側を主に示した斜視図であり、図１３は、電子機器１００の下面側を主に示した斜視図である。
この電子機器１００は、下本体１０１と、上本体１０２と、を有する。下本体１０１の上面には、タッチパッド１０３及びキーボード装着部１０４が設けられ、キーボード装着部１０４にはキーボードが装着される。下本体１０１の背面部がヒンジ結合を介して上本体１０２に結合されている。上本体１０２にはディスプレイ１０５が設けられ、上本体１０２が下本体１０１に重ねられてこれらが閉じると、ディスプレイ１０５がキーボード装着部１０４に対向する。
【００３１】
下本体１０１の背面部には、発電ユニット２０Ｂが設けられている。この発電ユニット２０Ｂは下本体１０１に対して着脱可能とされており、下本体１０１から取り外した状態の発電ユニット２０Ｂを図１２に示す。
図１４は、発電ユニット２０Ｂの構成を示したブロック図、図１５は、発電ユニット２０Ｂの内部の斜視図である。
発電ユニット２０Ｂの内部には、各種の小型反応器、小型流体機器等が設けられている。燃料容器２０１は、燃料と水を別々に貯留するものであり、図１４では二つの燃料容器２０１，２０１が、発電ユニット２０Ｂに対して着脱可能とされている。
【００３２】
液体ポンプＰ１，Ｐ１は、燃料容器２０１，２０１内の燃料を吸引して、マイクロバルブＶ１を介して気化器２０２に送液するものである。液体ポンプＰ２，Ｐ２は、燃料容器２０１，２０１内の水を吸引して、マイクロバルブＶ１を介して気化器２０２に送液するものである。
【００３３】
外部の空気がエアポンプ２１０によって発電セル２０６の酸素極２０８、一酸化炭素除去器２０４及び燃焼器２０５に送られる。エアポンプ２１０によって吸い込まれる空気はエアフィルタ２１１を通過するので、空気中の塵埃が除去される。エアポンプ２１０と一酸化炭素除去器２０４との間には流量センサＳ１及びマイクロバルブＶ２が設けられ、エアポンプ２１０と燃焼器２０５との間には流量センサＳ２及びマイクロバルブＶ２が設けられている。マイクロバルブＶ２，Ｖ３は空気流量を制御するものであり、流量センサＳ１，Ｓ２は空気流量を検出して電気信号に変換するものである。
【００３４】
気化器２０２は、燃料と水の混合液を気化させるものである。気化器２０２で気化した混合気は改質器２０３へ送出される。改質器２０３は、気化した水と燃料から水素ガス等を上記化学反応式（１）のように触媒反応により生成し、更に微量ながら一酸化炭素ガスを上記化学反応式（２）のように生成する。
【００３５】
改質器２０３で生成されたガスが一酸化炭素除去器２０４に送出される。一酸化炭素除去器２０４は、一酸化炭素を触媒により優先的に酸化させることで、上記化学反応式（３）のように一酸化炭素を選択的に除去する（下記化学反応式（３）参照）。
【００３６】
一酸化炭素除去器２０４を経た生成ガスが発電セル２０６の燃料極２０７に送出される。発電セル２０６は、燃料極２０７と、酸素極２０８と、燃料極２０７と酸素極２０８との間に挟まれた電解質膜２０９とを有する。発電セル２０６においては、燃料極２０７に供給された生成ガスのうち水素が電解質膜２０９を介して、酸素極２０８に供給された空気中の酸素と電気化学反応することによって、燃料極２０７と酸素極２０８との間で電力が生じる。
【００３７】
電解質膜２０９が固体高分子電解質膜である場合、燃料極２０７では上記電気化学反応式（４）のような反応が起き、燃料極２０７で生成された水素イオンが電解質膜２０９を透過し、酸素極２０８では上記電気化学反応式（５）のような反応が起こる。
【００３８】
酸素極２０８を経た空気等が外部に排出される。一方、燃料極２０７で電気化学反応せずに残った水素ガス等が燃焼器２０５に送られる。燃焼器２０５は、未反応の水素ガス等を触媒により燃焼させるものである。燃焼器２０５において燃焼熱が生じ、その燃焼熱が気化器２０２における気化潜熱として用いられたり、改質器２０３や一酸化炭素除去器２０４などの反応器の反応温度を維持する熱源の一部として用いられたりする。燃焼器２０５を経た排気物は外部に排出される。
【００３９】
発電セル２０６の燃料極２０７と酸素極２０８との間で生じた電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２１２に供給される。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２は発電セル２０６により生成された電気を適切な電圧に変換して電子機器の各部に供給する機能の他に、発電セル２０６により生成された電気を２次電池２１３に充電する機能を有する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２は、２次電池２１３に蓄電された電力を電子機器の各部に供給する機能を有する。発電セル２０６の出力電力を表す信号がＤＣ／ＤＣコンバータ２１２によって生成され、その信号が制御回路２１４に出力される。制御回路２１４は、液体ポンプＰ１，Ｐ２やマイクロバルブＶ１〜Ｖ３を制御する。更には、流量センサＳ１，Ｓ２により検知された流量が制御回路２１４に入力される。更に、２次電池２１３の蓄電量が制御回路２１４に入力される。また、制御回路２１４はディスプレイ１０５に表示制御信号を出力し、ディスプレイ１０５に各種の表示を行う。制御回路２１４はマイコン、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するものである。
【００４１】
次に、発電ユニット２０Ｂの構造について説明する。
図１５に示すように、発電ユニット２０Ｂは、流路構造体１０Ｂ、マイクロリアクタ２００、発電セル２０６、エアフィルタ２１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２、２次電池２１３、制御回路部２１４、エアポンプ２１０等を備えている。流路構造体１０Ｂは、第一の実施の形態と同様に６枚の基板１Ｂ〜６Ｂを積層した多層基板からなっている。
【００４２】
流路構造体１０Ｂの上面には、マイクロバルブＶ１〜Ｖ３、気化器２０２、改質器２０３、一酸化炭素除去器２０４及び燃焼器２０５をユニット化したマイクロリアクタ２００、発電セル２０６、２次電池２１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１２が表面実装されている。また、流路構造体１０Ｂの下面には、制御回路部２１４、液体ポンプＰ１，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２及びエアポンプ２１０が表面実装されている。
流路構造体１０Ｂは、第一の実施の形態と同様に６枚の基板１Ｂ〜６Ｂからなり、内部に流路（図示しない）が形成され、最上下面の基板１Ｂ，６Ｂに形成された各穴（図示しない）を介して各反応器に流体が流れるようになっている。
流路構造体１０Ｂは、第一の実施の形態と同様に、流路を形成する外壁面又は内壁面の少なくとも一方に銅箔（図示しない）が形成されている。例えば、最上下面の基板１Ｂ，６Ｂの外面又は内面に銅箔が形成されている。また、流路構造体１０Ｂの表面に電子部品を形成した後に、ＣＶＤ法を用いて上述した保護被膜（図示しない）を形成しても良い。
以上のように、第二の実施の形態においても複数の基板１Ｂ〜６Ｂのうち、流路を形成する外壁面又は内壁面の少なくとも一方に銅箔を設けることにより、積層時の加熱及び加圧による熱可塑性樹脂の変形を抑制することができる。また、形成した銅箔を用いて電子部品の配線回路パターンも容易に形成することができる。
【００４３】
また、第一の実施の形態、第二の実施の形態において、複数の基板の枚数は、６枚であったがこれに限定されるものではなく、さらに複数の基板を積層して形成された流路は、積層方向に複数有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、発電ユニット２０の分解斜視図である。
【図２】図１の流路構造体１０の斜視図である。
【図３】切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図４】基板に銅箔を設けない場合の流路構造体のサンプルの表面を示している。
【図５】図４の裏面を示している。
【図６】基板に銅箔を設けた場合の流路構造体のサンプルの表面を示している。
【図７】図６の裏面を示している。
【図８】(a)は、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９を形成した状態の流路構造体１０の断面図、(b)は、図８(a)の切断線VIII−VIIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図９】電子部品１５が実装された流路構造体１０の斜視図である。
【図１０】(a)は、電子部品１５、流路構造体１０の表面及び流路１４の内部に保護被膜９を形成した状態の流路構造体１０の断面図、(b)は、図１０(a)の切断線X−Xに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１１】図３の変形例を示した流路構造体１０Ａの断面図である。
【図１２】電子機器１００の上面側を主に示した斜視図である。
【図１３】電子機器１００の下面側を主に示した斜視図である。
【図１４】発電ユニット２０Ｂの構成を示したブロック図である。
【図１５】発電ユニット２０Ｂの斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，２，３，４，５，６ 基板
９ 保護被膜
１０，１０Ａ，１０Ｂ 流路構造体
１４，１４Ａ 流路
１５ 電子部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を積層することによって、流体が流通する流路が内部に形成された流路構造体において、
前記複数の基板のうち少なくとも二つの基板は、少なくとも積層方向の表面の一部に前記流路を支持する支持層を有することを特徴とする流路構造体。
【請求項２】
前記流路の前記積層方向の壁面を構成する前記基板の、少なくとも前記積層方向の表面の一部に、前記支持層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記基板の、前記流路の前記積層方向の壁面に対応する位置を含む表面に、前記支持層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記基板の、前記流路の前記積層方向の壁面に対応する位置を含む表面が、前記流路の内壁面の一部であることを特徴とする請求項３に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記流路の内面に、該内面を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項６】
前記支持層の表面に、該表面を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項７】
前記流路構造体の最外面の基板に電子部品が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項８】
前記支持層が、電子部品の配線回路パターンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項９】
前記支持層が、金属膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項１０】
前記金属膜が、銅であることを特徴とする請求項９に記載の流路構造体。
【請求項１１】
前記流路構造体の全体を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項１２】
前記流路構造体表面と前記電子部品表面に保護被膜が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の流路構造体。
【請求項１３】
複数の基板を積層することによって、流体が流通する流路が内部に形成された流路構造体の製造方法において、
前記複数の基板のうち少なくとも二つの基板は、少なくとも積層方向の表面の一部に前記流路を支持する支持層を有することを特徴とする流路構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記複数の基板を積層した後に前記支持層の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項１３に記載の流路構造体の製造方法。
【請求項１５】
前記複数の基板を積層する前に前記支持層の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項１３に記載の流路構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記流路構造体に保護被膜を形成することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の流路構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記流路構造体に実装する電子部品を前記流路構造体の最外面に実装した後に、前記流路構造体及び前記電子部品に保護被膜を形成することを特徴とする請求項１６に記載の流路構造体の製造方法。
【請求項１】
複数の基板を積層することによって、流体が流通する流路が内部に形成された流路構造体において、
前記複数の基板のうち少なくとも二つの基板は、少なくとも積層方向の表面の一部に前記流路を支持する支持層を有することを特徴とする流路構造体。
【請求項２】
前記流路の前記積層方向の壁面を構成する前記基板の、少なくとも前記積層方向の表面の一部に、前記支持層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記基板の、前記流路の前記積層方向の壁面に対応する位置を含む表面に、前記支持層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記基板の、前記流路の前記積層方向の壁面に対応する位置を含む表面が、前記流路の内壁面の一部であることを特徴とする請求項３に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記流路の内面に、該内面を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項６】
前記支持層の表面に、該表面を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項７】
前記流路構造体の最外面の基板に電子部品が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項８】
前記支持層が、電子部品の配線回路パターンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項９】
前記支持層が、金属膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項１０】
前記金属膜が、銅であることを特徴とする請求項９に記載の流路構造体。
【請求項１１】
前記流路構造体の全体を覆う保護被膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流路構造体。
【請求項１２】
前記流路構造体表面と前記電子部品表面に保護被膜が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の流路構造体。
【請求項１３】
複数の基板を積層することによって、流体が流通する流路が内部に形成された流路構造体の製造方法において、
前記複数の基板のうち少なくとも二つの基板は、少なくとも積層方向の表面の一部に前記流路を支持する支持層を有することを特徴とする流路構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記複数の基板を積層した後に前記支持層の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項１３に記載の流路構造体の製造方法。
【請求項１５】
前記複数の基板を積層する前に前記支持層の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項１３に記載の流路構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記流路構造体に保護被膜を形成することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の流路構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記流路構造体に実装する電子部品を前記流路構造体の最外面に実装した後に、前記流路構造体及び前記電子部品に保護被膜を形成することを特徴とする請求項１６に記載の流路構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１８７７９１（Ｐ２００９−１８７７９１Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６５４９（Ｐ２００８−２６５４９）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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