(57)【要約】【課題】水素吸蔵合金容器を用いた燃料電池システムや小型分析システムに適用可能な信頼性の高い流体の流れを制御する流体制御装置及び燃料電池システムを提供することである。【解決手段】ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板１１の表面側に発熱体素子３０が配置され、第１のシリコン基板１１と接合された第２のシリコン基板１２上にダイヤフラム１７が形成されている。そして、上記ダイヤフラム１７の下層に磁性層１４が形成され、上記発熱体素子３０の周囲に磁石層１６が配置されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板の表面側に発熱体素子を配置し、上記第１のシリコン基板と接合した第２のシリコン基板上にダイヤフラムを形成したマイクロバルブから成る流体制御装置に於いて、
上記ダイヤフラムの下層に強磁性材料或いは感熱磁性材料から成る磁性層、若しくは磁石層を形成し、上記発熱体素子の周囲に永久磁石若しくは駆動コイルを配置したことを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
上記永久磁石若しくは駆動コイルの磁化方向は、流体の流れの方向に対して直交する方向であることを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
上記発熱体素子が照射する周囲温度は磁石層のキューリ点以下で、且つ感熱磁性材のキューリ点以上であること特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項４】
ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板上に弁座受け皿を配置し、この弁座受け皿の表面に磁性層を形成し、上記第１のシリコン基板と接合した第２のシリコン基板上にダイヤフラムを形成したマイクロバルブから成る流体制御装置に於いて、
上記弁座受け皿の表面には感熱磁性材を形成し、上記ダイヤフラムの上層にリング状若しくは矩形形状した磁石層を形成し、上記第２のシリコン基板に駆動コイルを配置し、中央部が貫通孔を設けた第３のシリコン基板を重ねたことを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項５】
ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板と、
上記第１のシリコン基板上で該第１のシリコン基板と接合した第２のシリコン基板と、
上記第１のシリコン基板と第２のシリコン基板との間に形成された流路と、
上記第１のシリコン基板の表面部に形成された発熱体素子と、
上記発熱体の周囲に形成された磁石層若しくは駆動コイルと、
上記第２のシリコン基板上に形成されたダイヤフラムと、
上記ダイヤフラムの下層に形成された磁性層若しくは磁石層と、
を具備するマイクロバルブから成る流体制御装置であって、
上記発熱体素子の駆動により発生する気泡に応じて、上記磁石層若しくは駆動コイルと上記磁性層若しくは磁石層を吸引して上記流路を開閉することを特徴とする流体制御装置。
【請求項６】
上記発熱体素子が照射する周囲温度は磁石層のキューリ点以下で、且つ感熱磁性材のキューリ点以上であること特徴とする請求項５に記載の流体制御装置。
【請求項７】
水素を燃料として電力を発電する燃料電池セルと、
該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器筐体と、
該水素吸蔵合金容器筐体に配置された第１の接続口と、上記燃料電池セルに配置された第２の接続口との間に配置されるもので、
ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板と、
上記第１のシリコン基板上で該第１のシリコン基板と接合した第２のシリコン基板と、
上記第１のシリコン基板と第２のシリコン基板との間に形成された流路と、
上記第１のシリコン基板の表面部に形成された発熱体素子と、
上記発熱体の周囲に形成された磁石層若しくは駆動コイルと、
上記第２のシリコン基板上に形成されたダイヤフラムと、
上記ダイヤフラムの下層に形成された磁性層若しくは磁石層と、
を備えて、上記発熱体素子の駆動により発生する気泡に応じて、上記磁石層若しくは駆動コイルと上記磁性層若しくは磁石層を吸引して上記流路を開閉する流体制御装置と、
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れを制御するためのバルブを備えた流体制御装置及び燃料電池システムに関し、例えば、シリコン基板上に配置された燃料電池システムや小型分析シスデム等に於いて流体の流れを制御するためのマイクロバルブを用いた流体制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、立体微細加工技術の発展に伴って、例えばシリコン基板上に、微小な流路とバルブ等の流体素子及びセンサを集積化し、その基板上で化学分析を行う流体制御装置が知られている。
【０００３】
そして、例えば、下記特許文献１には、こうした流体の流れを制御するためのバルブを備えた流体制御装置が開示されている。
【０００４】
上述した特許文献１に記載の流体制御装置は、図７に示されるように、第１の流路１と、第２の流路２と、バルブ部３及び上記第１の流路１内に形成された発熱体素子８とより成り、更にバルブ部３は、平板４、板バネ５及びバルブシート６よりなる。流体の流れがない状態では、平板４は板バネ５によってバルブシート部６に間隙７を保って弾性支持されている。発熱体素子８は、図示されないが外部のパルス電源に接続されてパルス電圧が印加されるようになっている。
【０００５】
次に、バルブ部３を閉状態（図７（ｂ））から開状態（図７（ａ））にする動作について、図８（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。
【０００６】
図８（ａ）の閉状態で、発熱体素子８にパルス電圧を印加し、膜沸騰が生じる温度まで急速に加熱すると、発熱体素子８の表面に気泡８ａが発生する（図８（ｂ）参照）。そして、気泡８ａの膨張により、平板４が図に於ける上方向に移動する（図８（ｃ）参照）。そして、図８（ｄ）に示されるように、気泡８ａが収縮すると、気泡８ａの収縮力及び流体が第２の流路２から第１の流路１に移動するときに発生する駆動力により、平板４が下方向に移動する。上記した駆動力に板バネ５の復元力が打ち勝てば、バルブ部３は開状態となる（図８（ｅ）参照）。板バネ５の復元力が、上記した駆動力より弱い場合は、バルブ部３は再び閉状態（図８（ａ）参照）となる。
【特許文献１】特開２００６−４６６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ダイヤフラムの板バネ形状した復元力の強さと流体経路切り替え圧力差を考慮した工程等の繰り返し作業では、開状態から閉状態に移行するのに時間を要する。そのため、上記特許文献１に記載されたようなダイヤフラムなどの板バネを使用した流体制御装置では、安全弁や開閉弁の用途には不向きである。
【０００８】
更に、上記特許文献１には、ダイヤフラムの片面に、大気圧による押圧がなされた状態でマイクロバルブを閉状態とする使用については記載されていない。
【０００９】
したがって、本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば水素吸蔵合金容器を用いた燃料電池システムや小型分析システムに適用可能な信頼性の高い流体の流れを制御する流体制御装置及び燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち請求項１に記載の発明は、ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板の表面側に発熱体素子を配置し、上記第１のシリコン基板と接合した第２のシリコン基板上にダイヤフラムを形成したマイクロバルブから成る流体制御装置に於いて、上記ダイヤフラムの下層に強磁性材料或いは感熱磁性材料から成る磁性層、若しくは磁石層を形成し、上記発熱体素子の周囲に永久磁石若しくは駆動コイルを配置したことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ダイヤフラムの復元力が上昇側に働くと共に発熱体の気泡による上昇側へ圧力が加わり、素早く開放状態となる。或いは、磁力の強い希土類磁石と磁性材との間に作用する磁気吸引力を増加させることができ、流体が配管経路Ｂ側に流れることを抑制することができるという効果がある。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記永久磁石若しくは駆動コイルの磁化方向は、流体の流れの方向に対して直交する方向であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、磁石層の厚み方向にＮ極やＳ極を設けることができ、コンパクトなマイクロバルブとなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記発熱体素子が照射する周囲温度は磁石層のキューリ点以下で、且つ感熱磁性材のキューリ点以上であること特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、発熱体素子に通電すると、周囲の温度が上昇して、磁石層の磁力は加熱による磁化が消失することなく、キューリ温度以上となる感熱磁性材が非磁性材となる。したがって、感熱磁性材と磁石層との間に作用する磁気吸引力も小さくなる。その結果、素早く開放の状態となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板上に弁座受け皿を配置し、この弁座受け皿の表面に磁性層を形成し、上記第１のシリコン基板と接合した第２のシリコン基板上にダイヤフラムを形成したマイクロバルブから成る流体制御装置に於いて、上記弁座受け皿の表面には感熱磁性材を形成し、上記ダイヤフラムの上層にリング状若しくは矩形形状した磁石層を形成し、上記第２のシリコン基板に駆動コイルを配置し、中央部が貫通孔を設けた第３のシリコン基板を重ねたことを特徴とする。
【００１７】
そして、請求項４に記載の発明によれば、上記請求項１に比べ、流路内に感熱磁性材の磁性層を形成することで、より扁平で簡素な電磁弁となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板と、上記第１のシリコン基板上で該第１のシリコン基板と接合した第２のシリコン基板と、上記第１のシリコン基板と第２のシリコン基板との間に形成された流路と、上記第１のシリコン基板の表面部に形成された発熱体素子と、上記発熱体の周囲に形成された磁石層若しくは駆動コイルと、上記第２のシリコン基板上に形成されたダイヤフラムと、上記ダイヤフラムの下層に形成された磁性層若しくは磁石層と、を具備するマイクロバルブから成る流体制御装置であって、上記発熱体素子の駆動により発生する気泡に応じて、上記磁石層若しくは駆動コイルと上記磁性層若しくは磁石層を吸引して上記流路を開閉することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、ダイヤフラムの復元力が上昇側に働くと共に発熱体の気泡による上昇側へ圧力が加わり素早く開放状態となる。或いは、駆動コイルと発熱体素子が近接しているために回路配線が簡素化することができると共に、磁力の強い希土類磁石と磁性材との間に作用する磁気吸引力を増加することができ、流体が配管経路Ｂ側に流れることが抑制できるという効果がある。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明に於いて、上記発熱体素子が照射する周囲温度は磁石層のキューリ点以下で、且つ感熱磁性材のキューリ点以上であること特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、発熱体素子に通電すると、周囲の温度が上昇して、磁石層の磁力は加熱による磁化が消失することなく、キューリ温度以上となる感熱磁性材が非磁性材となる。したがって、感熱磁性材と磁石層との間に作用する磁気吸引力も小さくなる。その結果、素早く開放の状態となる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、水素を燃料として電力を発電する燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器筐体に配置された第１の接続口と、上記燃料電池セルに配置された第２の接続口との間に配置されるもので、ガラス基板上に配置された第１のシリコン基板と、上記第１のシリコン基板上で該第１のシリコン基板と接合した第２のシリコン基板と、上記第１のシリコン基板と第２のシリコン基板との間に形成された流路と、上記第１のシリコン基板の表面部に形成された発熱体素子と、上記発熱体の周囲に形成された磁石層若しくは駆動コイルと、上記第２のシリコン基板上に形成されたダイヤフラムと、上記ダイヤフラムの下層に形成された磁性層若しくは磁石層と、を備えて、上記発熱体素子の駆動により発生する気泡に応じて、上記磁石層若しくは駆動コイルと上記磁性層若しくは磁石層を吸引して上記流路を開閉する流体制御装置と、を具備することを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、発熱体素子に通電すると、周囲の温度が上昇して、磁石層の磁力は加熱による磁化が消失することなく、キューリ温度以上となる感熱磁性材が非磁性材となる。したがって、感熱磁性材と磁石層との間に作用する磁気吸引力も小さくなる。その結果、素早く開放の状態となる電磁弁を用いた燃料電池システムとなる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、例えば水素吸蔵合金容器を用いた燃料電池システムや小型分析システムに電磁弁に於ける開弁動作の時間が短縮でき、適用可能な信頼性の高い流体の流れを制御する流体制御装置及び燃料電池システムを提供することができる。
【００２５】
また、電磁的に素早く初期状態に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
図１は、本発明の流体制御装置が適用されたもので、該流体制御装置としての安全弁を電磁アクチュエータにより構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は安全弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は安全弁が開かれた状態を示した図である。
【００２８】
図１に於いて、安全弁１０は、第１のシリコン基板１１上に第２のシリコン基板１２が配置されており、上記第１のシリコン基板１１と第２のシリコン基板１２の間に流路１３が設けられている。そして、第１のシリコン基板１１の上側の表面に、感熱磁性材料から成る第２の磁性層１４ｂがコーティングされた弁座受け皿１５とその近傍に発熱体素子３０が配置されている。
【００２９】
一方、第２のシリコン基板１２の中央部には、上面にリング形状の磁石層１６から成るダイヤフラム１７が形成されている。更に、第２のシリコン基板１２の上層には、微細加工により上記磁石層１６に対向した位置に駆動コイル層１８が配置されている。この駆動コイル層１８には、保護膜としてコイル保護層１９が設けられている。そして、ダイヤフラム１７の中央に円形または矩形の貫通孔１７ａが設けられ、上記磁石層１６のＳ極面に第１の磁性層１４ａが接合され、ダイヤフラム１７の貫通孔１７ａに該第１の磁性層１４ａが突出されるように形成されている。
【００３０】
尚、大気圧が磁石層１６及びダイヤフラム１７の表面を押圧するために、駆動コイル層１８の中央部には貫通孔１８ａを設けている。
【００３１】
また、第１のシリコン基板１１には配管経路Ａ２１が、そして第２のシリコン基板１２には配管経路Ｂ２２が、それぞれ設けられている。
【００３２】
このように構成された安全弁１０に於いて、先ず、駆動コイル層１８及び発熱体素子３０が通電されていない状態について説明する。
【００３３】
第２のシリコン基板１２上のダイヤフラム１７の磁石層１６と、第１のシリコン基板１１の第２の磁性層１４ｂを有する弁座受け皿１５との間で吸引が行われる。したがって、この状態では安全弁１０は閉じられた状態となる。したがって、流路１３内の水素２３は、配管経路Ａ２１側の流路１３に留まっている（図１（ａ））。また、ダイヤフラム１７上に配置された磁石層１６と軟鉄合金等の第２の磁性層１４ｂとの関係は、厚さ方向に磁化された希土類元素を含む合金材料（例えば、サマリウムコバルト合金）から成る磁石層のＳ層からの漏れ磁束により、第２の磁性層１４ｂと吸着するようにする。
【００３４】
駆動コイル層１８の駆動電流を遮断したときに、確実に配管経路Ｂ２２側への水素を遮断することができる。
【００３５】
次いで、駆動コイル層１８及び発熱体素子３０が通電された状態について説明する。
【００３６】
図示されない電源より駆動コイル層１８が通電されると、磁石層１６と駆動コイル層１８との間に吸引が発生する。すると、第１のシリコン基板１１の第２の磁性層１４ｂを有する弁座受け皿１５との間で吸引が増加して、ダイヤフラム１７が上昇する。したがって、安全弁１０は開いた状態となる（図１（ｂ））。ここでの第２の磁性層１４ｂ及び磁石層１６は、図１（ａ）に示されるように、厚さ方向に磁化されたＮ及びＳ極のリング形状や矩形形状とした永久磁石に置き換えることができる。また、第１シリコン上で流路内に配置した発熱体素子３０は、後述する図４（ａ）、（ｂ）のように感熱磁性材２６で密封し、流路外に配置するようにすることもできる。
【００３７】
このように、発熱体素子と電磁弁を併用することで、電磁力により弁閉の状態をより安定させると、弁を開く状態に於いては逆に負荷増加の傾向となる。そのため、電磁駆動用のコイル層に供給する句度合いの立ち上がり時に於いて、ダイヤフラムが移動開始するまでに時間を要する。この時間を短くするために、発熱体素子及び感熱磁性材を用いることで、時間のロスを低減することができる。
【００３８】
尚、ここでは安全弁１０として説明したが、例えば、燃料タンクと燃料電池セルとの間に配置される開閉弁や圧力調節弁であっても同様に構成することができる。
【００３９】
図２は、開閉弁を発熱体アクチュエータにより構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は開閉弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は開閉弁が開かれた状態を示した図である。
【００４０】
この開閉弁２５は、第１のシリコン基板１１上に第２のシリコン基板１２が配置されており、上記第１のシリコン基板１１と第２のシリコン基板１２の間に流路１３が設けられている。そして、第１のシリコン基板１１上の上側の表面の凹部１１ａに発熱体３０が配置され、その外周にはリング状の磁石層１６が配置されている。一方、第２のシリコン基板１２上に設けられたダイヤフラム１７の下部には、磁性層１４が形成されている。大気圧及び第１のシリコン基板１１上の磁石層１６とダイヤフラム１７の磁性層１４との吸引力により、ダイヤフラム１７は下側（第１シリコン基板１１の発熱体３０側）に押圧されている。
【００４１】
また、第１のシリコン基板１１には配管経路Ａ２１が、そして第２のシリコン基板１２には配管経路Ｂ２２が、それぞれ設けられている。
【００４２】
このように構成された開閉弁２５に於いて、先ず、発熱体素子３０にパルス印加電圧が加えられていない状態では、大気圧及び第１のシリコン基板１１上の磁石層１６とダイヤフラム１７の磁性層１４との吸引力により、ダイヤフラム１７は下側（第１シリコン基板１１の発熱体素子３０側）に押圧されている。したがって、この状態では、水素２３は配管経路Ａ２１側の流路１３に留まっている（図２（ａ））。
【００４３】
次いで、図示されない電源により発熱体素子３０にパルス駆動電圧が印加されると、発熱体素子３０の表面には気泡３１が発生する。この気泡３１が膨張すると、磁石層１６とダイヤフラム１７の磁性層１４の吸引力より気泡３１が大きくなる。するとダイヤフラム１７の磁性層１４が磁石層１６から離反され、ダイヤフラム１７が上側に移動する。したがって、開閉弁２５は開放状態となる（図２（ｂ））。
【００４４】
そして、発熱体素子３０へのパルス駆動電圧が停止されると、気泡３１は収縮する。すると、第１のシリコン基板１１に設けられた磁石層１６とダイヤフラム１７の磁性層１４の吸引力が大きくなり、ダイヤフラム１７が元の位置へ戻り、開閉弁２５が閉じられる（図２（ａ））。
【００４５】
尚、ここでは開閉弁２５として説明したが、安全弁であっても同様に構成することができる。
【００４６】
次に、図３を参照して、上述した発熱体素子３０の具体的な構成について説明する。尚、図３に於いては、磁性層１４及び磁石層１６は、説明の簡略化のため図示されていない。
【００４７】
図３（ａ）は発熱体素子３０の具体的な構成の例を示した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。
【００４８】
図３に於いて、発熱体素子３０は、第１のシリコン基板１１上の上側の表面の凹部１１ａに発熱体３０が配置されている。この発熱体素子３０は、薄膜抵抗体３５と、該薄膜抵抗体３５の下面に設けられた蓄熱層３６と、薄膜抵抗体３５の上面に設けられた保護層３７で構成されている。つまり、薄膜抵抗体３５は、蓄熱層３６と保護層３７により覆われた構成となっている。薄膜抵抗体３５の両端は、保護層３７に形成されたコンタクトホール部３８を介して、配線３９に電気的に接続されている。配線３９はパルス電圧を発生する外部電源（図示せず）に接続されている。配線３９を介して薄膜抵抗体３５にパルス電圧を印加することにより、発熱体素子３０の表面に、上述した気泡３１を発生させることができる。
【００４９】
上記発熱体素子３０の厚さは、薄膜抵抗体３５、蓄熱層３６、保護層３７の厚さや材質にもよるが、一般的に数μｍ程度である。したがって、μＴＡＳチップで一般的な流路の幅である数１０μｍ〜数１００μｍの幅の流路に形成される場合であっても、発熱体素子３０は流体の流れに対する立体障害にはなりにくいものとなっている。
【００５０】
また、薄膜抵抗体３５の材質としては、金属材料若しくは導電性を有したシリコン等の半導体がある。上記蓄熱層３６は、薄膜抵抗体３５で発生された熱が基板側に散逸するのを防止するために設けられている。この蓄熱層３６を形成することにより、薄膜抵抗体３５で発生された熱エネルギーを、効率良く気泡３１の発生に用いることができる。蓄熱層３６の材質としては、例えば、ＳｉＯ2 やＳｉ3 Ｎ4 等の絶縁体材料がある。
【００５１】
上記保護層３７は、薄膜抵抗体３５の表面を化学反応から保護するために設けられている。したがって、保護層３７の材質としては、薬品耐性が高いものが好ましい。例えば、ＳｉＯ2 やＳｉ3 Ｎ4 等の絶縁材料、Ｔａ等の金属材料がある。また、保護層３７には、気泡３１が収縮して消滅するときに発生する衝撃（キャビテーション衝撃）から、薄膜抵抗体３５を保護する機能をも有している。
【００５２】
図４は、開閉弁を発熱体アクチュエータにより構成した燃料電池システムの他の例を示す断面図であり、（ａ）は開閉弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は開閉弁が開かれた状態を示した図である。
【００５３】
この開閉弁２５は、第１のシリコン基板１１上に第２のシリコン基板１２が配置されており、上記第１のシリコン基板１１と第２のシリコン基板１２の間に流路１３が設けられている。そして、第１のシリコン基板１１の上面の所定位置に、環状に形成された感熱磁性材１６が配置されている。上記第１のシリコン基板表面で上記感熱磁性材１６の直下部分には凹部１１ａが形成されており、この凹部１１ａに発熱体素子３０が配置されている。
【００５４】
一方、第２のシリコン基板１２上には、バネの付勢力Ｆ１を有する弾性部材であるダイヤフラム１７と、このダイヤフラム１７の上部に大気圧を貫通する、環状に形成された磁性材料（例えば、常磁性材  ステンレス材３０４）から成る磁性層１４ｃが配置されている。また、ダイヤフラム１７の下面側には、その厚さ方向に磁化された一対の棒磁石や環状の永久磁石で成る磁石層（希土類元素系で、例えばＳｍ−Ｃｏ合金）１６が配置されている。更に、ダイヤフラム１７の上面側には、磁石層１６のＳ極と部分的に連結し、バックヨークである磁性層１４ｄが設けられている。
【００５５】
ここで、磁石層１６と磁性層１４ｄと感熱磁性材２６とで磁気回路が構成され、感熱磁性材２６に対して磁石層１６との間に磁性付勢力Ｆ４が作用している。
【００５６】
また、第１のシリコン基板１１には配管経路Ａ２１が、そして第２のシリコン基板１２には配管経路Ｂ２２が、それぞれ設けられている。
【００５７】
このように構成された開閉弁２５に於いて、先ず、発熱体素子３０の周辺温度は常温となる。この常温状態に於いて、感熱磁性材２６は常磁性材の状態を維持する。感熱磁性材２６は常磁性材から強磁性材に変化する。この感熱磁性材２６の変化によって、磁石層１６等による磁気回路が回復されて、ダイヤフラム１７上に配置された磁性層１４ｄの漏れ磁束と、第２のシリコン基板１２上に配置された磁性層１４ｃとの間に磁性付勢力Ｆ２と、ダイヤフラム１７の上側にバネの付勢力Ｆ１と、発熱体素子３０から発生する気泡３１の圧力の付勢力Ｆ３とが加算された総合付勢力より、感熱磁性材２６に対して磁石層１６との間に磁性付勢力Ｆ４が大きくなり、磁石層１６と感熱磁性材２６が結合されて停止する。この状態で、バルブは閉じられる。したがって、この状態では、水素２３は配管経路Ａ２１側の流路１３に留まっている（図４（ａ））。
【００５８】
次いで、図示されない電源により発熱体素子３０にパルス駆動電圧が印加されると、発熱体素子３０の周辺温度は約１２０度〜１５０度に上昇する。感熱磁性材２６のキューリ点を１００度に設定された材料が選択される。感熱磁性材２６は、周辺温度が１００度以上になると常磁性材が非磁性材に変化し、磁性材の磁化が消失する。この感熱磁性材２６の変化によって、磁石層１６等による磁気回路が遮断されてダイヤフラム１７上に配置された磁性層１４ｄの漏れ磁束により、第２のシリコン基板１２上に配置された磁性層１４ｃとの間に磁性付勢力Ｆ２が作用し、磁性層１４ｄと磁性層１４ｃは結合する。したがって、ダイヤフラム１７が上昇してバルブが開放となる（図４（ｂ））。
【００５９】
このとき、ダイヤフラム１７の上側にバネの付勢力Ｆ１が加わる。発熱体素子３０から発生する気泡３１の圧力の付勢力Ｆ３がある場合は、更にこの付勢力Ｆ３が加わる。
【００６０】
そして、発熱体素子３０へのパルス駆動電圧が停止されると、気泡３１は収縮する。すると、上述したように、磁性材の磁化が消失した非磁性材から常磁性材に変化する。磁石層１６等による磁気回路が回復されて、磁石層１６と感熱磁性材２６が結合される。これにより、ダイヤフラム１７が元の位置へ戻り、開閉弁２５が閉じられる（図４（ａ））。
【００６１】
また、その他のマイクロバルブの構成としては、以下のようなものが考えられる。
【００６２】
すなわち、発光素子をダイヤフラムの絶縁層を介して配置した置き換えも可能である。この場合には、発光素子に通電するための導電体層を積層する。或いは、発熱体素子の両側（左右方向でダイヤフラムと離間した位置）に金属材料の接続端子を介在させることで、ダイヤフラムの上側移動を規制する規制部材を兼ねる配置としてもよい。ここでは、上層部に磁性層１４ｃを配置したが、図１（ａ）に示されるように、駆動コイル層１８ら置き換えることもできる。この場合、ダイヤフラム１７に磁性層１４ｄを配置するための貫通孔を設け、競っちゃ具材で塞ぐ必要がなくなり、製造工程を簡素化することができる。
【００６３】
次に、図５及び図６を参照して、本発明の流体制御装置が適用された燃料電池システムについて説明する。ここでは、温度依存による水素ガスの圧力変化の影響を受けにくい流体制御装置として、図２及び図４に示されるような気泡のみ利用した発熱体素子３０を用いる。
【００６４】
図５（ａ）は本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の端子用基板５６の配置例を示した構成図である。また、図６（ａ）は図５（ａ）の燃料電池システムを構成する水素吸蔵合金容器に取り付けた第１のガラス基板上に第２のシリコン基板や圧力調整弁、開閉弁とボンディングワイヤ等を組み立てた状態の構造を示した図、図６（ｂ）は図６（ａ）の状態の後に第２のガラス基板と水素吸蔵合金筐体に組み込んだ状態の構造を示した図、図６（ｃ）は図６（ａ）の圧力調整弁、開閉弁等の配列を示した上面図である。
【００６５】
燃料電池システム４１は、燃料電池セル５７へ水素を供給する際の水素圧力を水素吸蔵合金の平衡圧力以下に調整する機能を有する圧力調整機構が、第２のシリコン基板４４上に形成された水素流路の上層と、第１のガラス基板４２上に形成された第１のシリコン基板４３により設けられた水素流路の下層とが、水素吸蔵合金容器筐体６６に設けられて構成されている。
【００６６】
第１のガラス基板４２は、水素吸蔵合金容器５０上に、傾き調整部材４９及びＯリング（パッキン材）５２を介して配置されている。そして、第１のガラス基板４２上には、第１のシリコン基板４３及び第２のシリコン基板４５が配置されている。第１のガラス基板４２上に載置された第２のシリコン基板４５には、振幅信号増幅回路用のヘッドアンプチップ（ＨＡチップ）４６や、温度センサ及び加速度センサ４７が埋め込まれている。一方、第１のシリコン基板４３上には、圧力調整弁６３、開閉弁６４、圧力センサ７０等が設けられている。そして、上記温度センサ及び加速度センサ４７と第２のシリコン基板４５上に設けられたリード端子４８の間と、温度センサ及び加速度センサ４７と圧力調整弁６３、開閉弁６４、圧力センサ７０等間は、それぞれボンディングワイヤ６１によって接続されている。
【００６７】
また、端子用基板５６が水素吸入口６８とは反対側である水素吸蔵合金筐体６６の側面に取り付けられている。この端子用基板５６は、後述する温度センサ、検出用圧力センサ、圧力調節弁から制御回路へ渇する信号線５９ａ〜５９ｈ等の数本と、安全弁、検出用圧力センサ、圧力調節弁へ電力を供給するためのＧＮＤを含む駆動線６０ａ〜６０ｈ等の数本と、リード端子５８を端子用基板５６に組み立てを簡単にするためにＵ字形状の切り欠き５６ａを有する燃料電池セル用の電極端子２本が設けられている。同一端子用基板上に複数の信号線５９ａ〜５９ｈと、異なる２組の電力を供給する駆動線６０ａ〜６０ｈを配置することで、燃料電池システム内の配線の引き回しをすることなく、組み立て工数を削減することができ、燃料電池システムを簡素化することができる。
【００６８】
上記開閉弁６４は、上記配管経路Ａ５１に接続された際に開き、接続が解除された際に閉じるもので、弁機構を兼ね備えた水素補給用の弁である。また、検出用の圧力センサ７０は、開閉弁６４に接続されている。圧力調整弁６３は、圧力センサ７０と接続された圧力調節器であり、燃料電池セル５７に水素を供給する配管経路Ｂ５４に接続されている。
【００６９】
上記第２のガラス基板４４は、第１のガラス基板４２との空間に配置された圧力センサ７０や圧力調整弁６３の素子の静電破壊を防止するため、第１のガラス基板４２と平行に位置されるように、図示されない保持板に接着されている。上記燃料電池セル５７は水素を燃料として電力を供給するもので、導電性粉体を芯材とし、この芯材を不織布から成る袋中に封入し、外皮で被覆した真空断熱材である断熱部材５３及びＯリング（パッキン材）５５を介して、第２のガラス基板４４が密着されている。
【００７０】
また、第１のガラス基板４２には、該第１のガラス基板４２を介して水素吸蔵合金容器５０に延出された配管経路Ａ５１が、第２のガラス基板４４には、該第２のガラス基板４４を介して燃料電池セル５７に延出された配管経路Ｂ５４が、それぞれ設けられている。これら配管経路Ａ５１及び配管経路Ｂ５４は、燃料電池セル５７に水素を供給するために接続されている。尚、燃料電池セル５７には、外部機器と電気的に接続するためのリード端子５８が接続されている。
【００７１】
水素吸蔵合金容器５０、燃料電池セル５７及び水素吸蔵合金容器筐体６６には、それぞれ水素補給口６７、空気吸入口６８が設けられている。上記水素補給口６７は、着脱式で接続することにより弁が開くような機構を有している。そして、水素補給口６７に、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の孔質によって水素を発生する水素発生器等の水素補給ボンベが接続されて注入されることによって、水素吸蔵合金容器５０内の水素吸蔵合金へ水素が補給、貯蔵される。
【００７２】
水素吸蔵合金容器５０は、厚み方向の長さが短い直方体形状を呈し、厚み方向の水素吸蔵合金容器５０上に、燃料電池セル５７が密着して配置されている。水素吸蔵合金容器筐体１８の外形寸法の一例として、矩形形状した水素吸蔵合金容器筐体６６を構成する材料としては、水素吸蔵合金容器５０の圧力に耐えるように、アルミニウム或いはステンレス等の金属が用いられる。水素吸蔵合金容器筐体６６の外表面は、アルミニウムの場合は多数の溝加工等により冷却用のフィン６９が複数形成されている。
【００７３】
水素吸蔵合金の平衡圧力は水素吸蔵合金の温度によっても変化し、温度上昇に伴って平衡圧力も増加する。例えば、ＡＢ５型のＬａＮｉ５を主成分とする水素吸蔵合金を用いた場合、使用環境が０〜４５℃程度であることを想定し、平衡圧力が０℃で常圧以上、４５℃で０．６ＭＰａ、そして６０℃で１．０ＭＰａを越えないように２０℃の平衡圧力が０．２５〜０．３５ＭＰａ程度の水素吸蔵合金用材料を用いると好適である。水素吸蔵合金容器筐体１８は、燃料電池セル２０と組み合わされ、水素吸蔵容器１７から燃料電池セル２０への経路が一体化されることにより、本実施形態の燃料電池システムとなる。上記温度センサ１５は、こうした水素吸蔵合金容器筐体１８内の温度を測定するために設けられている。
【００７４】
そして、このような構成の燃料電池システムに於いて、例えば開閉弁６４を、図１、図２若しくは図４に示されたような流体制御装置で構成すれば、電磁的に素早く弁を開放することができる。
【００７５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。例えば、ガラス基板と半導体基板であるシリコン基板を接合した構成であるが、ガラス基板を半導体基板に置き換え、半導体基板の双方を接合することもできる。
【００７６】
更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の流体制御装置が適用されたもので、該流体制御装置としての安全弁を電磁アクチュエータにより構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は安全弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は安全弁が開かれた状態を示した図である。
【図２】開閉弁を発熱体アクチュエータにより構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は開閉弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は開閉弁が開かれた状態を示した図である。
【図３】発熱体素子３０の具体的な構成について説明するもので、（ａ）は発熱体素子３０の具体的な構成の例を示した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。
【図４】開閉弁を発熱体アクチュエータにより構成した燃料電池システムの他の例を示す断面図であり、（ａ）は開閉弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は開閉弁が開かれた状態を示した図である。
【図５】本発明の流体制御装置が適用された燃料電池システムについて説明するもので、（ａ）は本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の端子用基板５６の配置例を示した構成図である。
【図６】本発明の流体制御装置が適用された燃料電池システムについて説明するもので、（ａ）は図４の燃料電池システムを構成する水素吸蔵合金容器に取り付けた第１のガラス基板上に第２のシリコン基板や圧力調整弁、開閉弁とボンディングワイヤ等を組み立てた状態の構造を示した図、（ｂ）は（ａ）の状態の後に第２のガラス基板と水素吸蔵合金筐体に組み込んだ状態の構造を示した図、（ｃ）は（ａ）の圧力調整弁、開閉弁等の配列を示した上面図である。
【図７】従来の流体制御装置の概略構成を示した図である。
【図８】図７のバルブ部３を閉状態から開状態にする動作について説明するための図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０…安全弁、１１、４３…第１のシリコン基板、１２…第２のシリコン基板、１３…流路、１４、１４ｃ、１４ｄ…磁性層、１４ａ…第１の磁性層、１４ｂ…第２の磁性層、１５…弁座受け皿、１６…磁石層、１７…ダイヤフラム、１８…駆動コイル層、１９…コイル保護層、２１…配管経路Ａ、２２…配管経路Ｂ、２５…開閉弁、２６…感熱磁性材、３０…発熱体素子、３１…気泡、３５…薄膜抵抗体、３６…蓄熱層、３７…保護層、４１…燃料電池システム、４２…第１のガラス基板、４４…第２のガラス基板、５０…水素吸蔵合金容器、５７…燃料電池セル、６６…水素吸蔵合金容器筐体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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