被加工材の変形量低減方法、被加工材の加工方法及び反応器の製造方法
【課題】ガラス材等の被加工材に生じた反り等の変形量を低減する。
【解決手段】ガラス基板１０，２０，３０の両面にドライフィルムを施し、各ガラス基板１０，２０，３０について一方のドライフィルムに所定パターンの開口を露光・現像により形成する。次に、サンドブラスト法によってその開口パターンに沿った溝をガラス基板１０，２０，３０に施す。次に、ドライフィルムを貼り付けた状態でガラス基板１０，２０，３０をエッチング液に浸漬し、溝の壁面部分をエッチングする。次に、溝に触媒を担持し、ガラス基板１０，２０，３０を接合する。
【解決手段】ガラス基板１０，２０，３０の両面にドライフィルムを施し、各ガラス基板１０，２０，３０について一方のドライフィルムに所定パターンの開口を露光・現像により形成する。次に、サンドブラスト法によってその開口パターンに沿った溝をガラス基板１０，２０，３０に施す。次に、ドライフィルムを貼り付けた状態でガラス基板１０，２０，３０をエッチング液に浸漬し、溝の壁面部分をエッチングする。次に、溝に触媒を担持し、ガラス基板１０，２０，３０を接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的加工により変形した被加工材の変形量低減方法に関するともに、その変形量低減方法を利用した被加工材の加工方法及び反応器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燃料電池を自動車や携帯機器などに搭載するため、燃料電池やその周辺技術の開発が進められている。燃料電池は、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】
燃料電池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。そこで、燃料を液体の状態で保存して、その燃料を反応器によって水素に改質し、その水素を燃料電池に送ることが行われている。このような燃料電池や反応器を小型な電子機器に搭載するために、反応器や燃料電池を小型化するための開発が行われている。小型な反応器としては、溝が形成された複数のガラス基板を積み重ねて接合したものがあり、溝には触媒が担持されている。複数のガラス基板の接合により溝に対応する部分が流路とされ、燃料がその流路を流れる過程で触媒反応が起こる。また、特許文献１に記載された静電接合方法を応用すれば、溝が形成された複数のガラス基板を接合することができる。
【特許文献１】特開平６−３２６３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガラス基板の接合前にガラス基板に溝を加工する必要があり、溝の加工によってガラス基板に残留応力が発生し、ガラス基板に反り等の変形が生じる。しかし、反りが生じたガラス基板を接合したものとしても、隣り合うガラス基板の対向面を十分に面接触させることができず、高い密着性の接合面を得ることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、ガラス材等の被加工材に生じた反り等の変形量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、機械的に削ることによる彫込み加工により変形した被加工材についてその彫込み壁面を化学的にエッチングすることによって、その被加工材の変形量を低減することを特徴とする被加工材の変形量低減方法である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、開口部を備えた状態でマスクを被加工材に被覆し、前記開口部を通じて前記被加工材を機械的に削ることによって前記開口部に沿った彫込みを前記被加工材に施し、前記マスクにより被覆された状態で前記被加工材の彫込み壁面を化学的にエッチングすることを特徴とする被加工材の加工方法である。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の被加工材の加工方法において、前記被加工材の化学的にエッチングした後に前記マスクを除去し、前記被加工材に別の部材を接合することによって前記被加工材の彫込みを前記別の部材で覆うことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の被加工材の加工方法において、前記被加工材がリチウム含有ガラス材又は硼珪酸ガラス材であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、マスクで被加工板の一方の面を被覆するとともに前記マスクに開口部を形成し、前記開口部を通じて前記被加工板を機械的に削ることによって前記開口部に沿った彫込みを前記被加工板に施し、前記マスクにより被覆された状態で前記被加工板の彫込みの壁面を化学的にエッチングすることを特徴とする反応器の製造方法である。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の反応器の製造方法において、前記化学的にエッチングをした後に、前記マスクを除去し、前記被加工板の一方の面に板材を接合することによって前記被加工板の彫込みを前記板材で覆うことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項５に記載の反応器の製造方法において、前記被加工板がリチウム含有ガラス板又は硼珪酸ガラス板であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項５に記載の反応器の製造方法において、前記被加工板の彫込みに触媒を担持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、被加工材や被加工板を機械的に削ることによって彫込みを被加工材や被加工板に施す際、主に彫込み壁面近傍に残留応力が発生し、被加工材や被加工板に生じる変形に対し、その彫込み壁面を化学的にエッチングする。この処理によってその壁面近傍が除去され、残留応力も除去される。そのため、被加工材や被加工板に生じた変形量が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
反応器の製造方法について説明する。
図１は、反応器の構成要素であるガラス基板１０の加工工程を示した図である。まず、図１（ａ）に示すような矩形平板状のガラス基板１０を準備し、ガラス基板１０を洗浄する。このガラス基板１０は可動イオンのもとなるアルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｌｉ）を含有した耐熱性ガラス又は硼珪酸ガラスからなり、具体的にはパイレックス（登録商標）ガラスからなる。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、感光性樹脂からなるドライフィルム（レジストフィルム）４１，４２をガラス基板１０の両面に貼り付け、一方のドライフィルム４１を部分的に露光して潜像をドライフィルム４１に形成し、他方のドライフィルム４２を部分的に露光して潜像をドライフィルム４２に形成する。そして、ドライフィルム４１及びドライフィルム４２が貼り付けられたガラス基板１０を現像液に浸漬すると、図１（ｃ）に示すように、潜像に応じた開口パターン４１ａがドライフィルム４１に形成され、潜像に応じた開口パターン４２ａがドライフィルム４２に形成される。
【００１８】
次に、図１（ｄ）に示すように、残留したドライフィルム４１をマスクとして、微細粉（例えば、平均粒径４０μｍの炭化珪素粒）を含んだ圧縮エアーを開口パターン４１ａを通じてガラス基板１０に吹き付けて、微細粉や圧縮エアーの衝突力によりガラス基板１０を削って孔部１８ａを形成する。なお、圧縮エアーの圧力は特に限定されないが、例えば、０．２３ＭＰａとし、彫り込みの加工レートを約１６μｍ／ｍｉｎとする。また、このとき、後の接合時に電極を取り出すための切欠き１９（図２参照）の部分にも、この切欠き１９に対応する孔部を形成する。
【００１９】
次に、残留したドライフィルム４２をマスクとして、微細粉（例えば、平均粒径４０μｍの炭化珪素粒）を含んだ圧縮エアーを開口パターン４２ａを通じてガラス基板１０に吹き付けて、微細粉や圧縮エアーの衝突力によりガラス基板１０を削る。ここで、開口パターン４２ａをなぞるように圧縮エアーをガラス基板１０に吹き付けて、開口パターン４２ａに沿ってガラス基板１０を削り、図１（ｅ）に示すように、開口パターン４２ａに沿った形状の彫込み溝１１をガラス基板１０に形成する。この時、ドライフィルム４２側から彫り込んだ孔部をドライフィルム４１側から彫り込んだ孔部１８ａに貫通させ、彫込み溝１１のほかに貫通孔１８を形成する。また、上述の切欠き１９も、この過程で貫通孔１８と同時に形成される。なお、圧縮エアーの圧力は特に限定されないが、例えば、０．２３ＭＰａとし、彫込み溝１１の加工レートを約１６μｍ／ｍｉｎとする。
【００２０】
以上のようなサンドブラスト法によってガラス基板１０を機械的に削って彫込み溝１１や貫通孔１８を施すと、ガラス基板１０の加工面のうち、より広範囲において加工されている面（ドライフィルム４２側の面）が凸となるようにガラス基板１０が反る。これは、機械的加工によって彫込み溝１１の壁面近傍に応力が残留したものと考えられる。また、サンドブラスト法によって形成された彫込み溝１１の壁面は比較的粗い。
【００２１】
次に、図１（ｆ）に示すように、ドライフィルム４１，４２を残留させた状態でガラス基板１０をエッチング液（例えば、フッ酸水溶液）４３に浸漬し、彫込み溝１１や貫通孔１８の壁面部分をエッチング液４３によって化学的にエッチング（ウェットエッチング）する。エッチングによる除去量は厚み３．５〜５μｍとすることが好ましい。このようなエッチングにより、彫込み溝１１や貫通孔１８の壁面近傍の残留応力が解放され、ガラス基板１０の反りが低減される。また、彫込み溝１１の壁面がエッチングされても、彫込み溝１１の壁面の粗さは残る。また、ガラス板のうちドライフィルム４１，４２によって被覆された部分をエッチング液４３から保護することができる。
【００２２】
次に、ガラス基板１０をエッチング液４３から取り出し、図１（ｅ）に示すように、除去液によってドライフィルム４１，４２を除去し、ガラス基板１０を洗浄する。
【００２３】
図２（ａ）は彫込み溝１１が形成された面とは反対の面の平面図であり、図２（ｂ）は彫込み溝１１が形成された面の平面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のIIc−IIc線に沿った面の矢視断面図である。図２（ｂ）に示すように、彫込み溝１１は、右縁から貫通孔１８の左側へ至る燃料導入部１２と、燃料導入部１２に通じるとともに貫通孔１８の左側において葛折り状になった改質部１３と、改質部１３に通じるとともに貫通孔１８の左側から右側へ至る連通部１４と、右縁から連通部１４に通じる空気導入部１５と、空気導入部１５及び連通部１４に通じるとともに貫通孔１８の右側において葛折り状となった一酸化炭素除去部１６と、一酸化炭素除去部１６から右縁に至る排出部１７等とからなる。
なお、一枚の大きな基板から複数のガラス基板１０をダイシング加工により切り出しても良い。その場合には、図１（ａ）〜図１（ｇ）の各工程をガラス基板１０ごとに順番に行うのではなく、各工程を全てのガラス基板１０についてまとめて行った後に、一枚の大きな基板から複数のガラス基板１０を切り出す。
【００２４】
次に、彫込み溝１１のうち改質部１３の壁面に改質用触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒）８１を担持させるとともに、一酸化炭素除去部１６の壁面に選択酸化用触媒（例えば、白金系触媒）８２を担持させる。彫込み溝１１の壁面が粗くなっているので、改質用触媒８１や選択酸化用触媒８２を担持させやすく、改質用触媒８１や選択酸化用触媒８２のミクロ的な表面積が大きくなるので、改質用触媒８１や選択酸化用触媒８２による反応効率が高くなる。
【００２５】
図３及び図４は、反応器の構成要素であるガラス基板２０の加工工程を示した図である。図３（ａ）に示すように、矩形平板状の別のガラス基板２０を準備し、ガラス基板２０を洗浄する。次に、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板２０の両面に金属薄膜５１，５２を気相成長法（例えば、スパッタリング法、蒸着法等）によって成膜する。金属薄膜５１，５２は、ガラス基板１０や後述するガラス基板３０をガラス基板２０に陽極接合するために用いるものであり、例えばタンタルからなる。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示すように、金属薄膜５２に電熱膜５３を気相成長法によって成膜する。ここで、電熱膜５３は金属薄膜５２側から順にタングステン層、金層、タングステン層を積層したものである。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法により電熱膜５３及び金属薄膜５２をパターニングし、電熱膜５３からヒータ５３ａ，５３ｂを形成する。
【００２８】
次に、図３（ｅ）に示すように、気相成長法、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によりヒータ５３ａ，５３ｂを酸化シリコン又は窒化シリコンの絶縁膜５４で被覆し、その後、ヒータ５３ａ，５３ｂ以外の部分で電熱膜５３をエッチングにより除去する。
【００２９】
次に、図３（ｆ）に示すように、感光性樹脂からなるドライフィルム５５，５６をガラス基板２０の両面に貼り付け、一方のドライフィルム５６を部分的に露光して潜像をドライフィルム５６に形成し、他方のドライフィルム５５を部分的に露光して潜像をドライフィルム５５に形成する。そして、ドライフィルム５５及びドライフィルム５６が貼り付けられたガラス基板２０を現像液に浸漬すると、図４（ａ）に示すように、潜像に応じた開口パターン５６ａがドライフィルム５６に形成され、潜像に応じた開口パターン５５ａがドライフィルム５５に形成される。
【００３０】
次に、残留したドライフィルム５５をマスクとして、微細粉を含んだ圧縮エアーを開口パターン５５ａを通じてガラス基板２０に吹き付ける。このようなサンドブラスト法によって開口パターン５５ａに沿ってガラス基板２０を削り、図４（ｂ）に示すように、開口パターン５５ａに沿った形状の彫込み溝２１をガラス基板２０に形成する。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示すように、残留したドライフィルム５６をマスクとして、微細粉を含んだ圧縮エアーを開口パターン５６ａを通じてガラス基板２０に吹き付けて、ドライフィルム５６側から彫り込んだ孔部を反対側に貫通させ、貫通孔２８を形成する。
【００３２】
次に、図４（ｄ）に示すように、ドライフィルム５５，５６を残留させた状態でガラス基板２０をエッチング液５７に浸漬し、彫込み溝２１や貫通孔２８の壁面部分をエッチング液５７によって化学的にエッチングする。これにより、ガラス基板２０の反りが低減される。ドライフィルム５５，５６が張り付けられているので、彫込み溝２１や貫通孔２８の壁面部分がエッチングされるが、他の部分はエッチングされず、ヒータ５３ａ，５３ｂ、金属薄膜５１，５２、絶縁膜５４等を保護することができる。
【００３３】
次に、ガラス基板２０をエッチング液５７から取り出し、図４（ｅ）に示すように、除去液によってドライフィルム５５，５６を除去し、ガラス基板２０を洗浄する。
なお、一枚の大きな基板から複数のガラス基板２０をダイシング加工により切り出しても良い。その場合には、図３（ａ）〜（ｆ）、図４（ａ）〜（ｅ）の各工程をガラス基板２０ごとに順番に行うのではなく、各工程を全てのガラス基板２０についてまとめて行った後に、一枚の大きな基板から複数のガラス基板２０を切り出す。
【００３４】
図５（ａ）は彫込み溝２１が形成された面の平面図であり、図５（ｂ）は彫込み溝２１が形成された面とは反対の面の平面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）のVc−Vc線に沿った面の矢視断面図である。図５（ａ）に示すように、彫込み溝２１のうち改質部２３がガラス基板１０の改質部１３と対称な形状となっており、一酸化炭素除去部２６がガラス基板１０の一酸化炭素除去部１６と対称な形状となっており、貫通孔２８がガラス基板１０の貫通孔１８と対称な形状となっている。
【００３５】
次に、彫込み溝２１のうち改質部２３の壁面に改質用触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒）８３を担持させるとともに、一酸化炭素除去部２６の壁面に選択酸化用触媒（例えば、白金系触媒）８４を担持させる。
【００３６】
図６は、反応器の構成要素であるガラス基板３０の加工工程を示した図である。図６（ａ）に示すように、可動イオンのもととなるアルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｌｉ）を含有した矩形平板状のガラス基板３０を準備し、ガラス基板３０を洗浄する。なお、ガラス基板３０は硼珪酸ガラスの基板であっても良い。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように、ドライフィルム６１，６２をガラス基板３０の両面に貼り付け、一方のドライフィルム６２を部分的に露光して潜像をドライフィルム６２に形成し、他方のドライフィルム６１を部分的に露光して潜像をドライフィルム６１に形成する。そして、ドライフィルム６１及びドライフィルム６２が貼り付けられたガラス基板３０を現像液に浸漬すると、図６（ｃ）に示すように、潜像に応じた開口パターン６２ａがドライフィルム６２に形成され、潜像に応じた開口パターン６１ａがドライフィルム６１に形成される。
【００３８】
次に、残留したドライフィルム６１をマスクとして、微細粉を含んだ圧縮エアーを開口パターン６１ａを通じてガラス基板３０に吹き付けてガラス基板３０を削り、図６（ｄ）に示すように、開口パターン６１ａに沿った形状の彫込み溝３１をガラス基板３０に形成する。また、このとき、後の接合時に電極を取り出すための切欠き３９（図７参照）の部分にも、この切欠き３９に対応する孔部を形成する。
【００３９】
次に、図６（ｅ）に示すように、残留したドライフィルム６２をマスクとして、微細粉を含んだ圧縮エアーを開口パターン６２ａを通じてガラス基板３０に吹き付けて、ドライフィルム６２側から彫り込んだ孔部を反対側に貫通させ、貫通孔３８を形成する。また、上述の切欠き３９も、この過程で貫通孔３８と同時に形成される。
【００４０】
次に、図６（ｆ）に示すように、ドライフィルム６１，６２を残留させた状態でガラス基板３０をエッチング液６３に浸漬し、彫込み溝３１や貫通孔３８の壁面部分をエッチング液６３によって化学的にエッチングする。これにより、ガラス基板３０の反りが低減される。
【００４１】
次に、ガラス基板３０をエッチング液６３から取り出し、図６（ｆ）に示すように、除去液によってドライフィルム６１，６２を除去し、ガラス基板３０を洗浄する。
【００４２】
図７（ａ）は彫込み溝３１が形成された面の平面図であり、図７（ｂ）は彫込み溝３１が形成された面とは反対の面の平面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）のVIIc−VIIc線に沿った面の矢視断面図である。図７（ａ）に示すように、彫込み溝３１は、右縁から貫通孔３８の左側へ至る燃料導入部３２と、燃料導入部３２に通じるとともに貫通孔３８の左側において葛折り状になった燃焼部３３と、燃焼部３３に通じた端子収納部３４，３５と、燃焼部３３に通じるとともに貫通孔３８の左側から右縁に至る排出部３６と、貫通孔３８の右側において枝分かれしたヒータ収納部３７等とからなる。
なお、一枚の大きな基板から複数のガラス基板３０をダイシング加工により切り出しても良い。その場合には、図６（ａ）〜図６（ｇ）の各工程をガラス基板３０ごとに順番に行うのではなく、各工程を全てのガラス基板３０についてまとめて行った後に、一枚の大きな基板から複数のガラス基板３０を切り出す。
【００４３】
次に、彫込み溝３１のうち燃焼部３３の壁面に燃焼用触媒（例えば、白金系触媒）８５を担持させる。
【００４４】
以上のように加工したガラス基板１０，２０，３０を積み重ねて、これらを接合する。ここで、ガラス基板２０をガラス基板１０とガラス基板３０の間に挟み、ガラス基板２０の両面のうち金属薄膜５１が成膜された面をガラス基板１０との接合面にし、金属薄膜５２が成膜された面をガラス基板３０との接合面にする。また、ガラス基板１０については、彫込み溝１１が形成された面をガラス基板２０との接合面にし、ガラス基板３０について彫込み溝３１が形成された面をガラス基板２０との接合面にする。
【００４５】
具体的には、図８（ａ）に示すように、ガラス基板１０とガラス基板２０を重ね合わせ、ガラス基板１０，２０の全体を加熱し、ガラス基板１０側を陰極とし、切欠き１９を通じて陽極９１をガラス基板２０の金属薄膜５１に当接させる。これにより、ガラス基板１０とガラス基板２０を陽極接合する。なお、ガラス基板１０とガラス基板２０の接合に際しては、彫込み溝１１の改質部１３と彫込み溝２１の改質部２３を重ね合わせ、彫込み溝１１の一酸化炭素除去部１６と彫込み溝２１の一酸化炭素除去部２６を重ね合わせ、貫通孔１８と貫通孔２８を重ね合わせる。
【００４６】
次に、ヒータ５３ａ，５３ｂの両端部にリード線を接続する。
【００４７】
次に、図８（ｂ）に示すように、ガラス基板２０とガラス基板３０を重ね合わせ、ガラス基板１０，２０、３０の全体を加熱し、ガラス基板３０側を陰極とし、切欠き３９を通じて陽極９１をガラス基板２０の金属薄膜５２に当接させる。これにより、ガラス基板２０とガラス基板３０を陽極接合する。なお、ガラス基板２０とガラス基板３０の接合に際しては、ヒータ５３ａを彫込み溝３１の燃焼部３３に収容され、ヒータ５３ｂを彫込み溝３１のヒータ収納部３７に収容し、貫通孔２８と貫通孔３８を重ね合わせる。
【００４８】
ガラス基板１０，２０，３０が終わったら、リード線がガラス基板２０とガラス基板３０の間の穴を通っているので、その穴をガラス封止材等により封止する。以上により、反応器が完成する。
【００４９】
以上のような製造方法においては、ガラス基板１０，２０，３０に生じた反りがエッチングによって低減されているので、ガラス基板１０，２０，３０の面同士を十分に接触させて陽極接合することができるので、これらの密着性が高いものとなる。また、ガラス基板１０やガラス基板３０についてはエッチングの際にドライフィルムによって保護された面が接合面となるので、製造される反応器内の気密性が高くされた状態となるようにガラス基板１０やガラス基板３０をガラス基板２０に陽極接合することができる。同様に、ガラス基板２０についてもエッチングの際に金属薄膜５１，５２が保護されて熱やエッチング液によるダメージを受けていないので、製造される反応器内の気密性が高くされた状態となるようにガラス基板２０をガラス基板１０やガラス基板３０に陽極接合することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、ウェットエッチング法を用いているので、エッチングが等方的になされ、彫込み溝１１，２１，３１の壁面表層を等方的に除去することができ、その表層を効率的に除去することができる。また、ウェットエッチング法では、エッチング液に浸漬しているので、ガラス基板１０，２０，３０の両面を同時に処理したり、複数枚のガラス基板１０，２０，３０を同時に処理したりすることができる。
【００５１】
以上のように製造した反応器の作用について説明する。
燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン）と水が気化して混合した状態で燃料導入部１２に供給され、燃料と水の混合気が燃料導入部１２から改質部１３，２３に送られる。燃料と水の混合気が改質部１３，２３を流動しているときに、改質用触媒８１，８３によって燃料と水から水素ガスが生成され、更に微量ながら一酸化炭素ガスが生成される。燃料がメタノールの場合には、次式（１）、（２）のような化学反応が起こる。なお、水素が生成される反応は吸熱反応であって、ヒータ５３ａの熱や後述の燃焼熱が用いられる。
【００５２】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
【００５３】
改質部１３，２３で生成された水素ガス及び一酸化炭素ガス等は連通部１４を通って一酸化炭素除去部１６に送られ、更に外部の空気が空気導入部１５を通って一酸化炭素除去部１６に送られる。水素ガス、一酸化炭素ガス及び空気が一酸化炭素除去部１６を流動しているときに、選択酸化用触媒８２，８４によって一酸化炭素が優先的に酸化し、一酸化炭素が選択的に除去される。
【００５４】
一酸化炭素除去後、水素ガス等の混合気が排出部１７から排出される。排出された水素ガス等の混合気は燃料電池型発電セルに送られ、燃料電池型発電セルでは水素と酸素の電気化学反応により電気が取り出される。また、燃料電池型発電セルで電気化学反応せずに残った水素ガス等が空気と混合されて、燃料導入部３２に供給される。水素ガスと空気等の混合気が燃料導入部３２から燃焼部３３に送られ、混合気が燃焼部３３を流動しているときに、水素ガスが燃焼用触媒８５によって酸化し、酸化によって燃焼熱が発する。以上の工程を経て生成された排ガスが排出部３６を通って外部に排出される。
【００５５】
以上のような反応器は、燃料電池型発電セルとともに、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられる。電子機器には、その他に、液体状の燃料と水を混合した状態で又は別々で収容した燃料容器と、燃料容器の燃料と水を気化し、その燃料と水の混合気を反応器へ送る気化器とが備え付けられる。
【００５６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００５７】
上記実施形態では、彫込み溝１１，２１，３１や貫通孔１８，２８，３８の加工として、衝突荷重を利用したサンドブラスト法を用いたが、他の機械的加工法を用いても良い。例えば、工具を用いて剪断力によりガラス基板１０，２０，３０を削り、彫込み溝１１，２１，３１や貫通孔１８，２８，３８を施しても良い。
【００５８】
また、上記実施形態では、ガラス基板１０，２０，３０をエッチング液に浸漬したが、エッチング液をガラス基板１０，２０，３０に吹き付けても良い。
【００５９】
上記実施形態では、彫込み溝１１，２１，３１や貫通孔１８，２８，３８を加工したが、彫込みによる溝や孔のほかに、彫込みによる凹部を加工しても良い。また、貫通孔１８，２８，３８は両面から彫り込むことで貫通させたが、片面から彫り込むことで貫通させても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、ドライフィルム４１，４２，５５，５６，６１，６２がネガ型であるが、ドライフィルム４１，４２，５５，５６，６１，６２がポジ型であっても良い。ドライフィルム４１，４２，５５，５６，６１，６２がポジ型である場合には、ネガ型に対して、露光する箇所と露光しない箇所を反転させる。
【００６１】
また、上記実施形態では、被加工材がガラス材、特にガラス基板１０，２０，３０であった。ガラス基板１０，２０，３０の全部又は何れかを他の材料（例えば、イオン伝導性を持たせたセラミックス、鉄、アルミニウム、銅等からなる金属材料又は鉄、アルミニウム、銅等を含む合金材料、シリコン）からなる基板に代えて、その基板をサンドブラスト法で削って、その基板に形成された彫込み溝の壁面をウェットエッチングし、得られた基板を接合して、反応器を製造しても良い。但し、基板の材料に応じて、エッチング工程において用いるエッチング液を変更したり、接合の方法を変更したりする。
【実施例１】
【００６２】
直径１２５ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのリチウム含有ガラス基板にドライフィルムを貼り付けた。ドライフィルムの中央部には、８０ｍｍ四方の正方形状開口部が形成されていた。そのガラス基板の反対面の全体にドライフィルムを貼り付けた。次に、平均粒径４０μｍの炭化珪素粒を含んだ圧縮エアー（気圧０．２３ＭＰａ）をノズル状開口部を通じてガラス基板に吹き付けて、約１６μｍ／ｍｉｎの加工レートで深さ２５０μｍの彫込み溝をガラス基板に施した。その彫込み溝が形成された面とは反対の面について非接触段差計にてその面の反り具合を直径に沿って測定した。その測定結果を図９（凡例：サンドブラスト加工後）に示した。
【００６３】
また、サンドブラスト加工をした後に、ドライフィルムを残した状態でガラス基板をエッチング液に浸漬した。ここで、エッチング液はフッ酸水溶液であり、エッチング液の温度は室温であり、エッチング液の濃度は１５ｖｏｌ％であった。また、エッチングレートは約３０ｎｍ／ｓｅｃであり、エッチング量を３．５μｍとした。エッチング後、彫込み溝が形成された面とは反対の面について上述の非接触段差計にてその面の反り具合を直径に沿って測定した。その測定結果を図９（凡例：フッ酸処理後）に示した。
【００６４】
図９において、横軸は直径方向における測定位置を表し、縦軸は所定の基準水平面から下への変位を表す。図９から明らかなように、サンドブラスト加工した後では、直径の中央（測定位置４０ｍｍの部分）では変位が大きく、直径の両側（測定位置０ｍｍ、８０ｍｍでは変位が小さく、ガラス基板が反っていることがわかる。それに対して、フッ酸処理後では全体的な変位が小さくなっており、ガラス基板の反りが小さくなったことがわかる。そのため、フッ酸処理によってガラス基板の反りが低減され、ガラス基板がほぼ平坦になっていることがわかる。
また、上述の実施形態に沿って製造された反応器は気密性が高く製造されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】反応器の製造方法におけるガラス基板の加工工程を示した図である。
【図２】図１に示した加工工程により加工されたガラス基板の表面、裏面及び断面を示した図である。
【図３】反応器の製造方法における別のガラス基板の加工工程を示した図である。
【図４】図３の続きの工程を示した図である。
【図５】図３、図４に示した加工工程により加工されたガラス基板の表面、裏面及び断面を示した図である。
【図６】反応器の製造方法における別のガラス基板の加工工程を示した図である。
【図７】図６に示した加工工程により加工されたガラス基板の表面、裏面及び断面を示した図である。
【図８】ガラス基板の接合工程を示した図である。
【図９】ガラス基板の反りを示したグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１０、２０、３０ ガラス基板
１１、２１、３１ 彫込み溝
４１、４２、５５、５６、６１、６２
４３、５７、６３ エッチング液
４２ａ、５５ａ、６１ａ
８１、８３ 改質用触媒
８２、８４ 選択酸化用触媒
８５ 燃焼用触媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的加工により変形した被加工材の変形量低減方法に関するともに、その変形量低減方法を利用した被加工材の加工方法及び反応器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燃料電池を自動車や携帯機器などに搭載するため、燃料電池やその周辺技術の開発が進められている。燃料電池は、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】
燃料電池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。そこで、燃料を液体の状態で保存して、その燃料を反応器によって水素に改質し、その水素を燃料電池に送ることが行われている。このような燃料電池や反応器を小型な電子機器に搭載するために、反応器や燃料電池を小型化するための開発が行われている。小型な反応器としては、溝が形成された複数のガラス基板を積み重ねて接合したものがあり、溝には触媒が担持されている。複数のガラス基板の接合により溝に対応する部分が流路とされ、燃料がその流路を流れる過程で触媒反応が起こる。また、特許文献１に記載された静電接合方法を応用すれば、溝が形成された複数のガラス基板を接合することができる。
【特許文献１】特開平６−３２６３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガラス基板の接合前にガラス基板に溝を加工する必要があり、溝の加工によってガラス基板に残留応力が発生し、ガラス基板に反り等の変形が生じる。しかし、反りが生じたガラス基板を接合したものとしても、隣り合うガラス基板の対向面を十分に面接触させることができず、高い密着性の接合面を得ることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、ガラス材等の被加工材に生じた反り等の変形量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、機械的に削ることによる彫込み加工により変形した被加工材についてその彫込み壁面を化学的にエッチングすることによって、その被加工材の変形量を低減することを特徴とする被加工材の変形量低減方法である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、開口部を備えた状態でマスクを被加工材に被覆し、前記開口部を通じて前記被加工材を機械的に削ることによって前記開口部に沿った彫込みを前記被加工材に施し、前記マスクにより被覆された状態で前記被加工材の彫込み壁面を化学的にエッチングすることを特徴とする被加工材の加工方法である。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の被加工材の加工方法において、前記被加工材の化学的にエッチングした後に前記マスクを除去し、前記被加工材に別の部材を接合することによって前記被加工材の彫込みを前記別の部材で覆うことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の被加工材の加工方法において、前記被加工材がリチウム含有ガラス材又は硼珪酸ガラス材であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、マスクで被加工板の一方の面を被覆するとともに前記マスクに開口部を形成し、前記開口部を通じて前記被加工板を機械的に削ることによって前記開口部に沿った彫込みを前記被加工板に施し、前記マスクにより被覆された状態で前記被加工板の彫込みの壁面を化学的にエッチングすることを特徴とする反応器の製造方法である。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の反応器の製造方法において、前記化学的にエッチングをした後に、前記マスクを除去し、前記被加工板の一方の面に板材を接合することによって前記被加工板の彫込みを前記板材で覆うことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項５に記載の反応器の製造方法において、前記被加工板がリチウム含有ガラス板又は硼珪酸ガラス板であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項５に記載の反応器の製造方法において、前記被加工板の彫込みに触媒を担持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、被加工材や被加工板を機械的に削ることによって彫込みを被加工材や被加工板に施す際、主に彫込み壁面近傍に残留応力が発生し、被加工材や被加工板に生じる変形に対し、その彫込み壁面を化学的にエッチングする。この処理によってその壁面近傍が除去され、残留応力も除去される。そのため、被加工材や被加工板に生じた変形量が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
反応器の製造方法について説明する。
図１は、反応器の構成要素であるガラス基板１０の加工工程を示した図である。まず、図１（ａ）に示すような矩形平板状のガラス基板１０を準備し、ガラス基板１０を洗浄する。このガラス基板１０は可動イオンのもとなるアルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｌｉ）を含有した耐熱性ガラス又は硼珪酸ガラスからなり、具体的にはパイレックス（登録商標）ガラスからなる。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、感光性樹脂からなるドライフィルム（レジストフィルム）４１，４２をガラス基板１０の両面に貼り付け、一方のドライフィルム４１を部分的に露光して潜像をドライフィルム４１に形成し、他方のドライフィルム４２を部分的に露光して潜像をドライフィルム４２に形成する。そして、ドライフィルム４１及びドライフィルム４２が貼り付けられたガラス基板１０を現像液に浸漬すると、図１（ｃ）に示すように、潜像に応じた開口パターン４１ａがドライフィルム４１に形成され、潜像に応じた開口パターン４２ａがドライフィルム４２に形成される。
【００１８】
次に、図１（ｄ）に示すように、残留したドライフィルム４１をマスクとして、微細粉（例えば、平均粒径４０μｍの炭化珪素粒）を含んだ圧縮エアーを開口パターン４１ａを通じてガラス基板１０に吹き付けて、微細粉や圧縮エアーの衝突力によりガラス基板１０を削って孔部１８ａを形成する。なお、圧縮エアーの圧力は特に限定されないが、例えば、０．２３ＭＰａとし、彫り込みの加工レートを約１６μｍ／ｍｉｎとする。また、このとき、後の接合時に電極を取り出すための切欠き１９（図２参照）の部分にも、この切欠き１９に対応する孔部を形成する。
【００１９】
次に、残留したドライフィルム４２をマスクとして、微細粉（例えば、平均粒径４０μｍの炭化珪素粒）を含んだ圧縮エアーを開口パターン４２ａを通じてガラス基板１０に吹き付けて、微細粉や圧縮エアーの衝突力によりガラス基板１０を削る。ここで、開口パターン４２ａをなぞるように圧縮エアーをガラス基板１０に吹き付けて、開口パターン４２ａに沿ってガラス基板１０を削り、図１（ｅ）に示すように、開口パターン４２ａに沿った形状の彫込み溝１１をガラス基板１０に形成する。この時、ドライフィルム４２側から彫り込んだ孔部をドライフィルム４１側から彫り込んだ孔部１８ａに貫通させ、彫込み溝１１のほかに貫通孔１８を形成する。また、上述の切欠き１９も、この過程で貫通孔１８と同時に形成される。なお、圧縮エアーの圧力は特に限定されないが、例えば、０．２３ＭＰａとし、彫込み溝１１の加工レートを約１６μｍ／ｍｉｎとする。
【００２０】
以上のようなサンドブラスト法によってガラス基板１０を機械的に削って彫込み溝１１や貫通孔１８を施すと、ガラス基板１０の加工面のうち、より広範囲において加工されている面（ドライフィルム４２側の面）が凸となるようにガラス基板１０が反る。これは、機械的加工によって彫込み溝１１の壁面近傍に応力が残留したものと考えられる。また、サンドブラスト法によって形成された彫込み溝１１の壁面は比較的粗い。
【００２１】
次に、図１（ｆ）に示すように、ドライフィルム４１，４２を残留させた状態でガラス基板１０をエッチング液（例えば、フッ酸水溶液）４３に浸漬し、彫込み溝１１や貫通孔１８の壁面部分をエッチング液４３によって化学的にエッチング（ウェットエッチング）する。エッチングによる除去量は厚み３．５〜５μｍとすることが好ましい。このようなエッチングにより、彫込み溝１１や貫通孔１８の壁面近傍の残留応力が解放され、ガラス基板１０の反りが低減される。また、彫込み溝１１の壁面がエッチングされても、彫込み溝１１の壁面の粗さは残る。また、ガラス板のうちドライフィルム４１，４２によって被覆された部分をエッチング液４３から保護することができる。
【００２２】
次に、ガラス基板１０をエッチング液４３から取り出し、図１（ｅ）に示すように、除去液によってドライフィルム４１，４２を除去し、ガラス基板１０を洗浄する。
【００２３】
図２（ａ）は彫込み溝１１が形成された面とは反対の面の平面図であり、図２（ｂ）は彫込み溝１１が形成された面の平面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のIIc−IIc線に沿った面の矢視断面図である。図２（ｂ）に示すように、彫込み溝１１は、右縁から貫通孔１８の左側へ至る燃料導入部１２と、燃料導入部１２に通じるとともに貫通孔１８の左側において葛折り状になった改質部１３と、改質部１３に通じるとともに貫通孔１８の左側から右側へ至る連通部１４と、右縁から連通部１４に通じる空気導入部１５と、空気導入部１５及び連通部１４に通じるとともに貫通孔１８の右側において葛折り状となった一酸化炭素除去部１６と、一酸化炭素除去部１６から右縁に至る排出部１７等とからなる。
なお、一枚の大きな基板から複数のガラス基板１０をダイシング加工により切り出しても良い。その場合には、図１（ａ）〜図１（ｇ）の各工程をガラス基板１０ごとに順番に行うのではなく、各工程を全てのガラス基板１０についてまとめて行った後に、一枚の大きな基板から複数のガラス基板１０を切り出す。
【００２４】
次に、彫込み溝１１のうち改質部１３の壁面に改質用触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒）８１を担持させるとともに、一酸化炭素除去部１６の壁面に選択酸化用触媒（例えば、白金系触媒）８２を担持させる。彫込み溝１１の壁面が粗くなっているので、改質用触媒８１や選択酸化用触媒８２を担持させやすく、改質用触媒８１や選択酸化用触媒８２のミクロ的な表面積が大きくなるので、改質用触媒８１や選択酸化用触媒８２による反応効率が高くなる。
【００２５】
図３及び図４は、反応器の構成要素であるガラス基板２０の加工工程を示した図である。図３（ａ）に示すように、矩形平板状の別のガラス基板２０を準備し、ガラス基板２０を洗浄する。次に、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板２０の両面に金属薄膜５１，５２を気相成長法（例えば、スパッタリング法、蒸着法等）によって成膜する。金属薄膜５１，５２は、ガラス基板１０や後述するガラス基板３０をガラス基板２０に陽極接合するために用いるものであり、例えばタンタルからなる。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示すように、金属薄膜５２に電熱膜５３を気相成長法によって成膜する。ここで、電熱膜５３は金属薄膜５２側から順にタングステン層、金層、タングステン層を積層したものである。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法により電熱膜５３及び金属薄膜５２をパターニングし、電熱膜５３からヒータ５３ａ，５３ｂを形成する。
【００２８】
次に、図３（ｅ）に示すように、気相成長法、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によりヒータ５３ａ，５３ｂを酸化シリコン又は窒化シリコンの絶縁膜５４で被覆し、その後、ヒータ５３ａ，５３ｂ以外の部分で電熱膜５３をエッチングにより除去する。
【００２９】
次に、図３（ｆ）に示すように、感光性樹脂からなるドライフィルム５５，５６をガラス基板２０の両面に貼り付け、一方のドライフィルム５６を部分的に露光して潜像をドライフィルム５６に形成し、他方のドライフィルム５５を部分的に露光して潜像をドライフィルム５５に形成する。そして、ドライフィルム５５及びドライフィルム５６が貼り付けられたガラス基板２０を現像液に浸漬すると、図４（ａ）に示すように、潜像に応じた開口パターン５６ａがドライフィルム５６に形成され、潜像に応じた開口パターン５５ａがドライフィルム５５に形成される。
【００３０】
次に、残留したドライフィルム５５をマスクとして、微細粉を含んだ圧縮エアーを開口パターン５５ａを通じてガラス基板２０に吹き付ける。このようなサンドブラスト法によって開口パターン５５ａに沿ってガラス基板２０を削り、図４（ｂ）に示すように、開口パターン５５ａに沿った形状の彫込み溝２１をガラス基板２０に形成する。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示すように、残留したドライフィルム５６をマスクとして、微細粉を含んだ圧縮エアーを開口パターン５６ａを通じてガラス基板２０に吹き付けて、ドライフィルム５６側から彫り込んだ孔部を反対側に貫通させ、貫通孔２８を形成する。
【００３２】
次に、図４（ｄ）に示すように、ドライフィルム５５，５６を残留させた状態でガラス基板２０をエッチング液５７に浸漬し、彫込み溝２１や貫通孔２８の壁面部分をエッチング液５７によって化学的にエッチングする。これにより、ガラス基板２０の反りが低減される。ドライフィルム５５，５６が張り付けられているので、彫込み溝２１や貫通孔２８の壁面部分がエッチングされるが、他の部分はエッチングされず、ヒータ５３ａ，５３ｂ、金属薄膜５１，５２、絶縁膜５４等を保護することができる。
【００３３】
次に、ガラス基板２０をエッチング液５７から取り出し、図４（ｅ）に示すように、除去液によってドライフィルム５５，５６を除去し、ガラス基板２０を洗浄する。
なお、一枚の大きな基板から複数のガラス基板２０をダイシング加工により切り出しても良い。その場合には、図３（ａ）〜（ｆ）、図４（ａ）〜（ｅ）の各工程をガラス基板２０ごとに順番に行うのではなく、各工程を全てのガラス基板２０についてまとめて行った後に、一枚の大きな基板から複数のガラス基板２０を切り出す。
【００３４】
図５（ａ）は彫込み溝２１が形成された面の平面図であり、図５（ｂ）は彫込み溝２１が形成された面とは反対の面の平面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）のVc−Vc線に沿った面の矢視断面図である。図５（ａ）に示すように、彫込み溝２１のうち改質部２３がガラス基板１０の改質部１３と対称な形状となっており、一酸化炭素除去部２６がガラス基板１０の一酸化炭素除去部１６と対称な形状となっており、貫通孔２８がガラス基板１０の貫通孔１８と対称な形状となっている。
【００３５】
次に、彫込み溝２１のうち改質部２３の壁面に改質用触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒）８３を担持させるとともに、一酸化炭素除去部２６の壁面に選択酸化用触媒（例えば、白金系触媒）８４を担持させる。
【００３６】
図６は、反応器の構成要素であるガラス基板３０の加工工程を示した図である。図６（ａ）に示すように、可動イオンのもととなるアルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｌｉ）を含有した矩形平板状のガラス基板３０を準備し、ガラス基板３０を洗浄する。なお、ガラス基板３０は硼珪酸ガラスの基板であっても良い。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように、ドライフィルム６１，６２をガラス基板３０の両面に貼り付け、一方のドライフィルム６２を部分的に露光して潜像をドライフィルム６２に形成し、他方のドライフィルム６１を部分的に露光して潜像をドライフィルム６１に形成する。そして、ドライフィルム６１及びドライフィルム６２が貼り付けられたガラス基板３０を現像液に浸漬すると、図６（ｃ）に示すように、潜像に応じた開口パターン６２ａがドライフィルム６２に形成され、潜像に応じた開口パターン６１ａがドライフィルム６１に形成される。
【００３８】
次に、残留したドライフィルム６１をマスクとして、微細粉を含んだ圧縮エアーを開口パターン６１ａを通じてガラス基板３０に吹き付けてガラス基板３０を削り、図６（ｄ）に示すように、開口パターン６１ａに沿った形状の彫込み溝３１をガラス基板３０に形成する。また、このとき、後の接合時に電極を取り出すための切欠き３９（図７参照）の部分にも、この切欠き３９に対応する孔部を形成する。
【００３９】
次に、図６（ｅ）に示すように、残留したドライフィルム６２をマスクとして、微細粉を含んだ圧縮エアーを開口パターン６２ａを通じてガラス基板３０に吹き付けて、ドライフィルム６２側から彫り込んだ孔部を反対側に貫通させ、貫通孔３８を形成する。また、上述の切欠き３９も、この過程で貫通孔３８と同時に形成される。
【００４０】
次に、図６（ｆ）に示すように、ドライフィルム６１，６２を残留させた状態でガラス基板３０をエッチング液６３に浸漬し、彫込み溝３１や貫通孔３８の壁面部分をエッチング液６３によって化学的にエッチングする。これにより、ガラス基板３０の反りが低減される。
【００４１】
次に、ガラス基板３０をエッチング液６３から取り出し、図６（ｆ）に示すように、除去液によってドライフィルム６１，６２を除去し、ガラス基板３０を洗浄する。
【００４２】
図７（ａ）は彫込み溝３１が形成された面の平面図であり、図７（ｂ）は彫込み溝３１が形成された面とは反対の面の平面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）のVIIc−VIIc線に沿った面の矢視断面図である。図７（ａ）に示すように、彫込み溝３１は、右縁から貫通孔３８の左側へ至る燃料導入部３２と、燃料導入部３２に通じるとともに貫通孔３８の左側において葛折り状になった燃焼部３３と、燃焼部３３に通じた端子収納部３４，３５と、燃焼部３３に通じるとともに貫通孔３８の左側から右縁に至る排出部３６と、貫通孔３８の右側において枝分かれしたヒータ収納部３７等とからなる。
なお、一枚の大きな基板から複数のガラス基板３０をダイシング加工により切り出しても良い。その場合には、図６（ａ）〜図６（ｇ）の各工程をガラス基板３０ごとに順番に行うのではなく、各工程を全てのガラス基板３０についてまとめて行った後に、一枚の大きな基板から複数のガラス基板３０を切り出す。
【００４３】
次に、彫込み溝３１のうち燃焼部３３の壁面に燃焼用触媒（例えば、白金系触媒）８５を担持させる。
【００４４】
以上のように加工したガラス基板１０，２０，３０を積み重ねて、これらを接合する。ここで、ガラス基板２０をガラス基板１０とガラス基板３０の間に挟み、ガラス基板２０の両面のうち金属薄膜５１が成膜された面をガラス基板１０との接合面にし、金属薄膜５２が成膜された面をガラス基板３０との接合面にする。また、ガラス基板１０については、彫込み溝１１が形成された面をガラス基板２０との接合面にし、ガラス基板３０について彫込み溝３１が形成された面をガラス基板２０との接合面にする。
【００４５】
具体的には、図８（ａ）に示すように、ガラス基板１０とガラス基板２０を重ね合わせ、ガラス基板１０，２０の全体を加熱し、ガラス基板１０側を陰極とし、切欠き１９を通じて陽極９１をガラス基板２０の金属薄膜５１に当接させる。これにより、ガラス基板１０とガラス基板２０を陽極接合する。なお、ガラス基板１０とガラス基板２０の接合に際しては、彫込み溝１１の改質部１３と彫込み溝２１の改質部２３を重ね合わせ、彫込み溝１１の一酸化炭素除去部１６と彫込み溝２１の一酸化炭素除去部２６を重ね合わせ、貫通孔１８と貫通孔２８を重ね合わせる。
【００４６】
次に、ヒータ５３ａ，５３ｂの両端部にリード線を接続する。
【００４７】
次に、図８（ｂ）に示すように、ガラス基板２０とガラス基板３０を重ね合わせ、ガラス基板１０，２０、３０の全体を加熱し、ガラス基板３０側を陰極とし、切欠き３９を通じて陽極９１をガラス基板２０の金属薄膜５２に当接させる。これにより、ガラス基板２０とガラス基板３０を陽極接合する。なお、ガラス基板２０とガラス基板３０の接合に際しては、ヒータ５３ａを彫込み溝３１の燃焼部３３に収容され、ヒータ５３ｂを彫込み溝３１のヒータ収納部３７に収容し、貫通孔２８と貫通孔３８を重ね合わせる。
【００４８】
ガラス基板１０，２０，３０が終わったら、リード線がガラス基板２０とガラス基板３０の間の穴を通っているので、その穴をガラス封止材等により封止する。以上により、反応器が完成する。
【００４９】
以上のような製造方法においては、ガラス基板１０，２０，３０に生じた反りがエッチングによって低減されているので、ガラス基板１０，２０，３０の面同士を十分に接触させて陽極接合することができるので、これらの密着性が高いものとなる。また、ガラス基板１０やガラス基板３０についてはエッチングの際にドライフィルムによって保護された面が接合面となるので、製造される反応器内の気密性が高くされた状態となるようにガラス基板１０やガラス基板３０をガラス基板２０に陽極接合することができる。同様に、ガラス基板２０についてもエッチングの際に金属薄膜５１，５２が保護されて熱やエッチング液によるダメージを受けていないので、製造される反応器内の気密性が高くされた状態となるようにガラス基板２０をガラス基板１０やガラス基板３０に陽極接合することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、ウェットエッチング法を用いているので、エッチングが等方的になされ、彫込み溝１１，２１，３１の壁面表層を等方的に除去することができ、その表層を効率的に除去することができる。また、ウェットエッチング法では、エッチング液に浸漬しているので、ガラス基板１０，２０，３０の両面を同時に処理したり、複数枚のガラス基板１０，２０，３０を同時に処理したりすることができる。
【００５１】
以上のように製造した反応器の作用について説明する。
燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン）と水が気化して混合した状態で燃料導入部１２に供給され、燃料と水の混合気が燃料導入部１２から改質部１３，２３に送られる。燃料と水の混合気が改質部１３，２３を流動しているときに、改質用触媒８１，８３によって燃料と水から水素ガスが生成され、更に微量ながら一酸化炭素ガスが生成される。燃料がメタノールの場合には、次式（１）、（２）のような化学反応が起こる。なお、水素が生成される反応は吸熱反応であって、ヒータ５３ａの熱や後述の燃焼熱が用いられる。
【００５２】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
【００５３】
改質部１３，２３で生成された水素ガス及び一酸化炭素ガス等は連通部１４を通って一酸化炭素除去部１６に送られ、更に外部の空気が空気導入部１５を通って一酸化炭素除去部１６に送られる。水素ガス、一酸化炭素ガス及び空気が一酸化炭素除去部１６を流動しているときに、選択酸化用触媒８２，８４によって一酸化炭素が優先的に酸化し、一酸化炭素が選択的に除去される。
【００５４】
一酸化炭素除去後、水素ガス等の混合気が排出部１７から排出される。排出された水素ガス等の混合気は燃料電池型発電セルに送られ、燃料電池型発電セルでは水素と酸素の電気化学反応により電気が取り出される。また、燃料電池型発電セルで電気化学反応せずに残った水素ガス等が空気と混合されて、燃料導入部３２に供給される。水素ガスと空気等の混合気が燃料導入部３２から燃焼部３３に送られ、混合気が燃焼部３３を流動しているときに、水素ガスが燃焼用触媒８５によって酸化し、酸化によって燃焼熱が発する。以上の工程を経て生成された排ガスが排出部３６を通って外部に排出される。
【００５５】
以上のような反応器は、燃料電池型発電セルとともに、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられる。電子機器には、その他に、液体状の燃料と水を混合した状態で又は別々で収容した燃料容器と、燃料容器の燃料と水を気化し、その燃料と水の混合気を反応器へ送る気化器とが備え付けられる。
【００５６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００５７】
上記実施形態では、彫込み溝１１，２１，３１や貫通孔１８，２８，３８の加工として、衝突荷重を利用したサンドブラスト法を用いたが、他の機械的加工法を用いても良い。例えば、工具を用いて剪断力によりガラス基板１０，２０，３０を削り、彫込み溝１１，２１，３１や貫通孔１８，２８，３８を施しても良い。
【００５８】
また、上記実施形態では、ガラス基板１０，２０，３０をエッチング液に浸漬したが、エッチング液をガラス基板１０，２０，３０に吹き付けても良い。
【００５９】
上記実施形態では、彫込み溝１１，２１，３１や貫通孔１８，２８，３８を加工したが、彫込みによる溝や孔のほかに、彫込みによる凹部を加工しても良い。また、貫通孔１８，２８，３８は両面から彫り込むことで貫通させたが、片面から彫り込むことで貫通させても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、ドライフィルム４１，４２，５５，５６，６１，６２がネガ型であるが、ドライフィルム４１，４２，５５，５６，６１，６２がポジ型であっても良い。ドライフィルム４１，４２，５５，５６，６１，６２がポジ型である場合には、ネガ型に対して、露光する箇所と露光しない箇所を反転させる。
【００６１】
また、上記実施形態では、被加工材がガラス材、特にガラス基板１０，２０，３０であった。ガラス基板１０，２０，３０の全部又は何れかを他の材料（例えば、イオン伝導性を持たせたセラミックス、鉄、アルミニウム、銅等からなる金属材料又は鉄、アルミニウム、銅等を含む合金材料、シリコン）からなる基板に代えて、その基板をサンドブラスト法で削って、その基板に形成された彫込み溝の壁面をウェットエッチングし、得られた基板を接合して、反応器を製造しても良い。但し、基板の材料に応じて、エッチング工程において用いるエッチング液を変更したり、接合の方法を変更したりする。
【実施例１】
【００６２】
直径１２５ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのリチウム含有ガラス基板にドライフィルムを貼り付けた。ドライフィルムの中央部には、８０ｍｍ四方の正方形状開口部が形成されていた。そのガラス基板の反対面の全体にドライフィルムを貼り付けた。次に、平均粒径４０μｍの炭化珪素粒を含んだ圧縮エアー（気圧０．２３ＭＰａ）をノズル状開口部を通じてガラス基板に吹き付けて、約１６μｍ／ｍｉｎの加工レートで深さ２５０μｍの彫込み溝をガラス基板に施した。その彫込み溝が形成された面とは反対の面について非接触段差計にてその面の反り具合を直径に沿って測定した。その測定結果を図９（凡例：サンドブラスト加工後）に示した。
【００６３】
また、サンドブラスト加工をした後に、ドライフィルムを残した状態でガラス基板をエッチング液に浸漬した。ここで、エッチング液はフッ酸水溶液であり、エッチング液の温度は室温であり、エッチング液の濃度は１５ｖｏｌ％であった。また、エッチングレートは約３０ｎｍ／ｓｅｃであり、エッチング量を３．５μｍとした。エッチング後、彫込み溝が形成された面とは反対の面について上述の非接触段差計にてその面の反り具合を直径に沿って測定した。その測定結果を図９（凡例：フッ酸処理後）に示した。
【００６４】
図９において、横軸は直径方向における測定位置を表し、縦軸は所定の基準水平面から下への変位を表す。図９から明らかなように、サンドブラスト加工した後では、直径の中央（測定位置４０ｍｍの部分）では変位が大きく、直径の両側（測定位置０ｍｍ、８０ｍｍでは変位が小さく、ガラス基板が反っていることがわかる。それに対して、フッ酸処理後では全体的な変位が小さくなっており、ガラス基板の反りが小さくなったことがわかる。そのため、フッ酸処理によってガラス基板の反りが低減され、ガラス基板がほぼ平坦になっていることがわかる。
また、上述の実施形態に沿って製造された反応器は気密性が高く製造されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】反応器の製造方法におけるガラス基板の加工工程を示した図である。
【図２】図１に示した加工工程により加工されたガラス基板の表面、裏面及び断面を示した図である。
【図３】反応器の製造方法における別のガラス基板の加工工程を示した図である。
【図４】図３の続きの工程を示した図である。
【図５】図３、図４に示した加工工程により加工されたガラス基板の表面、裏面及び断面を示した図である。
【図６】反応器の製造方法における別のガラス基板の加工工程を示した図である。
【図７】図６に示した加工工程により加工されたガラス基板の表面、裏面及び断面を示した図である。
【図８】ガラス基板の接合工程を示した図である。
【図９】ガラス基板の反りを示したグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１０、２０、３０ ガラス基板
１１、２１、３１ 彫込み溝
４１、４２、５５、５６、６１、６２
４３、５７、６３ エッチング液
４２ａ、５５ａ、６１ａ
８１、８３ 改質用触媒
８２、８４ 選択酸化用触媒
８５ 燃焼用触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的に削ることによる彫込み加工により変形した被加工材についてその彫込み壁面を化学的にエッチングすることによって、その被加工材の変形量を低減することを特徴とする被加工材の変形量低減方法。
【請求項２】
開口部を備えた状態でマスクを被加工材に被覆し、前記開口部を通じて前記被加工材を機械的に削ることによって前記開口部に沿った彫込みを前記被加工材に施し、前記マスクにより被覆された状態で前記被加工材の彫込み壁面を化学的にエッチングすることを特徴とする被加工材の加工方法。
【請求項３】
請求項２に記載の被加工材の加工方法において、
前記被加工材の化学的にエッチングした後に前記マスクを除去し、前記被加工材に別の部材を接合することによって前記被加工材の彫込みを前記別の部材で覆うことを特徴とする被加工材の加工方法。
【請求項４】
請求項２に記載の被加工材の加工方法において、
前記被加工材がリチウム含有ガラス材又は硼珪酸ガラス材であることを特徴とする被加工材の加工方法。
【請求項５】
マスクで被加工板の一方の面を被覆するとともに前記マスクに開口部を形成し、前記開口部を通じて前記被加工板を機械的に削ることによって前記開口部に沿った彫込みを前記被加工板に施し、前記マスクにより被覆された状態で前記被加工板の彫込みの壁面を化学的にエッチングすることを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の反応器の製造方法において、
前記化学的にエッチングをした後に、前記マスクを除去し、前記被加工板の一方の面に板材を接合することによって前記被加工板の彫込みを前記板材で覆うことを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の反応器の製造方法において、
前記被加工板がリチウム含有ガラス板又は硼珪酸ガラス板であることを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の反応器の製造方法において、
前記被加工板の彫込みに触媒を担持することを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項１】
機械的に削ることによる彫込み加工により変形した被加工材についてその彫込み壁面を化学的にエッチングすることによって、その被加工材の変形量を低減することを特徴とする被加工材の変形量低減方法。
【請求項２】
開口部を備えた状態でマスクを被加工材に被覆し、前記開口部を通じて前記被加工材を機械的に削ることによって前記開口部に沿った彫込みを前記被加工材に施し、前記マスクにより被覆された状態で前記被加工材の彫込み壁面を化学的にエッチングすることを特徴とする被加工材の加工方法。
【請求項３】
請求項２に記載の被加工材の加工方法において、
前記被加工材の化学的にエッチングした後に前記マスクを除去し、前記被加工材に別の部材を接合することによって前記被加工材の彫込みを前記別の部材で覆うことを特徴とする被加工材の加工方法。
【請求項４】
請求項２に記載の被加工材の加工方法において、
前記被加工材がリチウム含有ガラス材又は硼珪酸ガラス材であることを特徴とする被加工材の加工方法。
【請求項５】
マスクで被加工板の一方の面を被覆するとともに前記マスクに開口部を形成し、前記開口部を通じて前記被加工板を機械的に削ることによって前記開口部に沿った彫込みを前記被加工板に施し、前記マスクにより被覆された状態で前記被加工板の彫込みの壁面を化学的にエッチングすることを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の反応器の製造方法において、
前記化学的にエッチングをした後に、前記マスクを除去し、前記被加工板の一方の面に板材を接合することによって前記被加工板の彫込みを前記板材で覆うことを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の反応器の製造方法において、
前記被加工板がリチウム含有ガラス板又は硼珪酸ガラス板であることを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の反応器の製造方法において、
前記被加工板の彫込みに触媒を担持することを特徴とする反応器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−６３１６６（Ｐ２００８−６３１６６Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４０４６１（Ｐ２００６−２４０４６１）
【出願日】平成１８年９月５日（２００６．９．５）
【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２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月５日（２００６．９．５）
【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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