(57)【要約】【課題】本発明は、小型化が図れ、バルブの動作や位置の保持のために消費されるエネルギーが極めて少ないバルブ、バルブの製造方法、バルブを備えた燃料電池、及び燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】温度変化により形状が変化する形状変化部材と、前記形状変化部材に当接し、前記形状変化部材を付勢する付勢部材と、前記形状変化部材に接続され、前記形状変化部材に熱を付与する熱付与部材と、備えたことを特徴とするバルブが提供される。【選択図】図１
2008121841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度変化により形状が変化する形状変化部材と、
前記形状変化部材に当接し、前記形状変化部材を付勢する付勢部材と、
前記形状変化部材に接続され、前記形状変化部材に熱を付与する熱付与部材と、
を備えたことを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記形状変化部材に接続され、発電セルの発熱による熱を前記形状変化部材に伝える熱伝導部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のバルブ。
【請求項３】
前記形状変化部材は、第１の状態では燃料の供給孔に当接して前記供給孔を閉じ、前記第１の状態から温度変化により形状が変化した第２の状態では前記供給孔から離隔して前記供給孔を開くこと、を特徴とする請求項１または２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記熱付与部材を介して前記形状変化部材に通電可能としたこと、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のバルブ。
【請求項５】
前記付勢部材は、酸化シリコンからなるとともに、シリコン基板の表面に設けられ、
前記形状変化部材は、Ｎｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金からなるとともに、前記付勢部材を覆うように設けられていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つ記載のバルブ。
【請求項６】
付勢部材を形成し、
温度変化により形状が変化する形状変化部材を形成し、
前記付勢部材に前記形状変化部材を接合し、
前記形状変化部材に熱を付与する熱付与部材を前記形状変化部材に接続すること、を特徴とするバルブの製造方法。
【請求項７】
シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜の表面にＮｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の膜を形成し、
前記Ｎｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の膜の記憶熱処理をし、
前記Ｎｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の膜に熱を付与する熱付与部材を前記Ｎｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の膜に接続するように形成し、
前記付勢部材の直下の前記シリコン基板に孔を設けること、を特徴とするバルブの製造方法。
【請求項８】
発電セルと、
前記発電セルのアノード電極側に設けられ、請求項１〜５のいずれか１つに記載のバルブを備えたバルブ板と、
供給孔を有し、前記バルブにより前記供給孔の開閉が可能な位置に設けられた隔壁と、
前記隔壁に対向するように設けられた燃料タンクと、
前記発電セルのカソード電極側に設けられ、複数の通気孔と前記通気孔の開閉手段とを備えたカバーと、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
固体高分子電解質膜を作成し、  
カソード電極側の集電体を作成し、その上に触媒を形成してカソード電極を作成し、
アノード電極側の集電体を作成し、その上に触媒を形成してアノード電極を作成し、
前記固体高分子電解質膜の両側に、前記カソード電極と前記アノード電極とを接合して発電セルを作成し、
請求項１〜５のいずれか１つに記載のバルブを備えたバルブ板を作成し、前記バルブ板を前記発電セルの前記アノード電極側に接合し、
熱伝導部材の一端を前記発電セルもしくはその近傍に接続し、熱付与部材の一端を制御手段もしくは外部接続端子に接続し、
供給孔を備えた隔壁を作成し、前記隔壁と前記バルブ板とを前記バルブにより前記供給孔の開閉が可能な位置に接合し、
前記隔壁と燃料タンクを接合し、
複数の通気孔と前記通気孔の開閉手段とを有するカバーを作成し、前記カバーを前記発電セルの前記カソード電極側に接合すること、
を特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ、バルブの製造方法、バルブを備えた燃料電池、及び燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子技術の進歩に伴い、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでおり、これに使用される電池の小型化、高エネルギー密度化の要求が強まっている。そのような中、小型軽量でありながら高容量の燃料電池が注目されている。特に、メタノールを燃料とする直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、水素ガスを使用する燃料電池に比べて、水素ガスの取り扱いの困難さや有機燃料を改質して水素を作り出す装置などの必要がないため、小型化に適している。
【０００３】
この直接メタノール形燃料電池では、アノード電極側にメタノールと水を供給し、固体電解質膜近傍の触媒でメタノールと水とを反応させてプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とを取り出しているが、直接メタノール形燃料電池を使用しないときには、燃料タンクに蓄えられた燃料（メタノール）の消費を防ぐために燃料（メタノール）の供給を遮断する必要がある。その場合、燃料（メタノール）の供給を遮断するためにバルブを設け、これを開閉させるための駆動装置などを設けるようにすれば、燃料電池の小型化が図れず、また、バルブの動作のために余分なエネルギーを消費してしまうことにもなる。
【０００４】
ここで、燃料タンクと燃料極とを結ぶ流路にダイヤフラムを備えるバルブを設け、燃料タンク側と外気側との差圧を利用して流路の開閉を行う技術が提案されている（特許文献１を参照）。しかしながら、特許文献１に開示されているようなダイヤフラムを備えるバルブでは、外気側に対して燃料タンク側の内圧が低くならないとバルブを閉じることができず、発電を停止した場合でもバルブが閉まらず燃料が消費されてしまう場合があるという問題があった。
【０００５】
また、水素ガスチャンバーの開口部にヒータコイルとバイメタルを備えるバルブを設け、開口部の開閉を行う技術が提案されている（特許文献２を参照）。しかしながら、特許文献２に開示されているようなヒータコイルとバイメタルを備えるバルブでは、バルブを所定の位置に保持するために電流を流し続けねばならない場合が生じ、余分なエネルギーを消費してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００６−９９６１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、小型化が図れ、バルブの動作や位置の保持のために消費されるエネルギーが極めて少ないバルブ、バルブの製造方法、バルブを備えた燃料電池、及び燃料電池の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、温度変化により形状が変化する形状変化部材と、前記形状変化部材に当接し、前記形状変化部材を付勢する付勢部材と、前記形状変化部材に接続され、前記形状変化部材に熱を付与する熱付与部材と、備えたことを特徴とするバルブが提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、付勢部材を形成し、温度変化により形状が変化する形状変化部材を形成し、前記付勢部材に前記形状変化部材を接合し、前記形状変化部材に熱を付与する熱付与部材を前記形状変化部材に接続すること、を特徴とするバルブの製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一態様によれば、シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を形成し、前記酸化シリコン膜の表面にＮｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の膜を形成し、前記Ｎｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の膜の記憶熱処理をし、前記Ｎｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の膜に熱を付与する熱付与部材を前記Ｎｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の膜に接続するように形成し、前記付勢部材の直下の前記シリコン基板に孔を設けること、を特徴とするバルブの製造方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の一態様によれば、発電セルと、前記発電セルのアノード電極側に設けられ、請求項１〜５のいずれか１つに記載のバルブを備えたバルブ板と、供給孔を有し、前記バルブにより前記供給孔の開閉が可能な位置に設けられた隔壁と、前記隔壁に対向するように設けられた燃料タンクと、前記発電セルのカソード電極側に設けられ、複数の通気孔と前記通気孔の開閉手段とを備えたカバーと、を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の一態様によれば、固体高分子電解質膜を作成し、カソード電極側の集電体を作成し、その上に触媒を形成してカソード電極を作成し、アノード電極側の集電体を作成し、その上に触媒を形成してアノード電極を作成し、前記固体高分子電解質膜の両側に、前記カソード電極と前記アノード電極とを接合して発電セルを作成し、上記のバルブを備えたバルブ板を作成し、前記バルブ板を前記発電セルの前記アノード電極側に接合し、熱伝導部材の一端を前記発電セルもしくはその近傍に接続し、熱付与部材の一端を制御手段もしくは外部接続端子に接続し、供給孔を備えた隔壁を作成し、前記隔壁と前記バルブ板とを前記バルブにより前記供給孔の開閉が可能な位置に接合し、前記隔壁と燃料タンクを接合し、複数の通気孔と前記通気孔の開閉手段とを有するカバーを作成し、前記カバーを前記発電セルの前記カソード電極側に接合すること、を特徴とする燃料電池の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型化が図れ、バルブの動作や位置の保持のために消費されるエネルギーが極めて少ないバルブ、バルブの製造方法、バルブを備えた燃料電池、及び燃料電池の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態について説明をする。  
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るバルブを説明するための模式断面図であり、図１（ａ）は模式斜視断面図、図１（ｂ）は模式断面図である。  
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、バルブ１には形状変化部材２、付勢手段である突起４、熱伝導部材６、熱付与部材７が設けられている。突起４はバルブ板３から一体的に形成され、バルブ板３には発電セル側に燃料を通過させるための開孔５が設けられている。また、突起４の凸側表面を覆うように形状変化部材２が設けられている。突起４の凸側表面と形状変化部材２との間には、わずかな隙間が有っても良いが、後述する突起４の付勢作用を考慮すれば、少なくとも一部が常時当接している方が好ましい。また、突起４と形状変化部材２の形状は、曲面を有するもの、平面を有するものなど任意の形状を適宜選択することができる。ただし、供給孔９の断面は円形であることが多いので、突起４と形状変化部材２の形状を球面の一部を有するもの（例えば、半球）とすれば、供給孔９に対するシール性を高めることができるので好ましい。
【００１４】
形状変化部材２には、熱伝導部材６と熱付与部材７とが接続されている。熱伝導部材６の他端は、後述する発電セル６１（図７〜図１０を参照）自体、またはその近傍に接続され、発電セル６１（図７〜図１０を参照）の発熱による熱が形状変化部材２に伝えられるようになっている。熱付与部材７は、形状変化部材２に熱を付与するためのものであり、例えば、熱付与部材７を介して形状変化部材２に通電し、形状変化部材２自体を発熱させるもの、熱付与部材７に通電して発熱させ、その熱を形状変化部材２に伝えるようなもの、外部の熱源から熱を形状変化部材２に伝えるようなものなどを例示することができる。そのうち熱付与部材７への通電は、例えば、燃料電池が接続された機器の充電池などの外部電源から行われるようにすることができる。また、通電量や通電時間の制御は、ハード回路により構成された図示しない制御手段により行うこともできるし、燃料電池が接続される機器の制御手段により行うこともできる。ただし、燃料電池が各種の機器に用いられるという汎用性の観点からは、燃料電池を独立したシステムとすることが好ましく、燃料電池にハード回路により構成された図示しない制御手段を設けるようにすることが好ましい。
【００１５】
バルブ板３に対向させるようにして設けられる隔壁８には、開口された供給孔９が設けられている。また、バルブ１により供給孔９の開閉が可能となるような位置にバルブ板３が設けられている。そのため、バルブ１（形状変化部材２）が供給孔９の開閉を行うことで燃料の供給と遮断ができるようになっている。尚、図中の矢印は燃料の供給方向を示している。
【００１６】
ここで、バルブ板３、突起４の材料にはある程度の機械的強度と耐薬品性のある材料を用いることができる。例えば、樹脂材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ），ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ），アクリルアクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＡＳ），エチレン酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ）などや、これらを２種以上を組み合わせた複合材を用いることができる。特に、繰り返しの圧力に耐える機械的強度などの観点からポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などとすることが好ましい。
【００１７】
形状変化部材２には、温度により形状が変化するものを用いることができ、例えば、形状記憶合金やバイメタルなどを用いることができる。形状記憶合金としては、Ｎｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ（銅−亜鉛−アルミニウム）系形状記憶合金などを例示することができる。また、バイメタルとしては、２種類の熱膨張率の異なる金属板を貼り合わせたもの、例えば、鉄とニッケルの合金に、マンガン、クロム、銅などを添加したものなどを例示することができる。
【００１８】
熱伝導部材６には、高熱伝導性を有する材料を用いることができ、例えば、銅、アルミニウム、金などの金属や合金、高熱伝導性樹脂、高熱伝導性複合材料などを例示することができる。
【００１９】
熱付与部材７には通電性や熱伝導性を考慮して、例えば、銅、アルミニウム、金などの金属や合金を用いることができる。
【００２０】
隔壁８には、ある程度の機械的強度と耐薬品性のある材料を用いることができる。例えば、樹脂材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ），ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ），アクリルアクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＡＳ），エチレン酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ）などや、これらを２種以上を組み合わせた複合材を用いることができる。
【００２１】
ここで、突起４と形状変化部材２の厚さを例示するものとすれば、突起４の材質がポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の場合には、その厚さを０．１〜０．２ミリメートル程度、形状変化部材２の材質がＮｉ−Ｔｉ（ニッケル−チタン）系形状記憶合金の場合には、その厚さを０．１ミリメートル程度とすることができる。ただし、これらの材質や厚さに限定されるわけではなく、バルブ１の動作寸法、動作温度範囲などの諸条件により適宜変更することができる。
【００２２】
次に、本実施の形態に係るバルブ１の作用について説明をする。
【００２３】
尚、説明の便宜上、形状変化部材２が形状記憶合金の場合を説明する。
【００２４】
形状変化部材２は、高温時（例えば、６０℃程度）に形状変化部材２の高さが低くなるよう形状が記憶されている。そのため、形状変化部材２に熱が付与されて高温になると、突起４を押圧してバルブ１の高さが低くなるような変形が起こり、形状変化部材２が供給孔９から離隔してバルブ１が開放状態となる。
【００２５】
形状変化部材２が低温（例えば、常温程度）になると、形状記憶合金はマルテンサイト相となり柔らかく変形しやすい状態になる。このとき、突起４が元の形状に戻ろうとするために働く力により形状変化部材２が付勢されて（押し上げられて）、バルブ１の高さが高くなるような変形が起こる。そのため、形状変化部材２が供給孔９と当接し、供給孔９が塞がるのでバルブ１が閉止状態となる。
【００２６】
バルブ１を開放状態とし、燃料を供給するためには形状変化部材２に熱を付与する必要がある。本実施の形態に係るバルブ１においては、熱付与部材７を介して形状変化部材２に通電し、形状変化部材２自体を発熱させたり、熱付与部材７に通電して発熱させ、その熱を形状変化部材２に伝えたり、外部の熱源から熱を形状変化部材２に伝えたりすることができるので形状変化部材２に熱を付与することができる。
【００２７】
ここで、バルブ１の開放状態を保つためには形状変化部材２を高温に保つ必要があるが、通電や熱の供給を続けたのでは余分なエネルギーを消費してしまうという問題が生じる。本発明者は検討の結果、燃料電池の発電による廃熱を利用して形状変化部材２を高温に保つことができれば、形状変化部材２に対する通電などを発電の始動時に限ることができ、エネルギーの消費を抑制することができるとの知見を得た。
【００２８】
本実施の形態におけるバルブでは、燃料電池の発電により発電セル部分に発生する熱が、熱伝導部材６を介して形状変化部材２に伝導されて形状変化部材２を高温に保つことができる。そのため、燃料電池の発電中は、熱付与部材７を介して形状変化部材２に通電などを行わないでもバルブ１の開放状態を保つことができる。尚、熱伝導部材６を介して形状変化部材２に伝導される熱量が少ない場合は、補助的に熱付与部材７を介した通電などを行うこともできる。その場合であっても、熱付与部材７を介した通電量などを抑制することができるので余分なエネルギー消費を抑えることができる。
【００２９】
そして、燃料電池の発電が停止すれば、発電による発熱もなくなるので形状変化部材２が低温（例えば、常温程度）となり、バルブ１が閉止状態となる。そのため、燃料の余分な供給を抑制することができる。ここで、形状変化部材２は供給孔９の付近にあり、燃料のガスなどにより比較的早く冷却されることが期待できる。また、特許文献２に開示されているような複雑な機構を必要としないので、故障や破損のおそれが少なく信頼性や開閉の応答性が高い。また、小型化も可能であり、製造が容易でコストが低いなどの優れた効果を有している。尚、後述するように、燃料電池の発電の停止は燃料電池に供給される空気（酸素）を遮断することで行うことができる。
【００３０】
発電の始動時に行われる形状変化部材２に対する通電などの停止時期は、通電の抵抗値の変化や温度変化を図示しない検出手段で検出して知ることができる。また、予め決められた時間により通電などを停止させることもできるし、操作者が図示しないモニターランプなどを見て停止させるようにすることもできる。
【００３１】
次に、本実施の形態に係るバルブ１の製造方法について説明をする。  
図２は、本実施の形態に係るバルブ１の製造方法について説明をするためのフローチャートである。  
尚、本実施の形態は、樹脂製のバルブ板３に一体的に突起４を形成させる場合を例示するものである。
【００３２】
まず、バルブ板３を塑性加工して付勢手段である突起４を形成させる（ステップＳ１）。尚、加工方法は塑性加工に限定されるわけではなく、成形加工、切削加工などとすることもでき、加熱温度なども適宜選択することができる。尚、開孔５も同時に加工することができるが、別途切削加工などにより加工してもよい。
【００３３】
一方、塑性加工により形状変化部材２を所定の形状に形成させる（ステップＳ２）。尚、加工方法は、切削加工などとすることもできる。この際、突起４の凸側表面と形状変化部材２の凹側表面との少なくとも一部が当接する形状とすることが好ましく、ほぼ全面が当接するような形状とすることがより好ましい。
【００３４】
次に、突起４に形状変化部材２を接合させる（ステップＳ３）。接合方法としては、例えば、エポキシ系接着剤を用いた接着を例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく、接着剤を適宜選択することができる。また、接着剤による接合にも限定されるわけではなく、熱溶着や超音波溶着などを用いてもよい。
【００３５】
次に、形状変化部材２に、熱伝導部材６と熱付与部材７の一端を接続する（ステップＳ４）。例えば、熱伝導部材６と熱付与部材７を銅線とし、その一端をハンダ付けや超音波接合などで形状変化部材２に接続する。尚、この後、バルブ１を備えたバルブ板３を燃料電池の発電セル部分に接合することになるが、詳細は後述する。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るバルブを説明する。  
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るバルブ１０を説明するための模式断面図である。  
本実施の形態に係るバルブ１０は、シリコン基板上にバルブ１を形成させるようにしたところが図１で説明をしたバルブ１と異なる。そのため、図１で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は省略する。尚、図３に示すバルブ１０の状態は、高温の時（バルブ１０が閉のとき）である。
【００３７】
シリコン基板１３の表面には、付勢手段であるシリコン酸化膜１４が設けられ、その表面を覆うように形状変化部材１２が設けられている。シリコン酸化膜１４の直下には、シリコン酸化膜１４が変形できるように（盛り上がれるように）孔５ａが設けられている。また、孔５ａの開口部分はシリコン酸化膜１４で覆われ、シリコン基板１３の表裏が連通しないようになっている。尚、孔５ａは必ずしもシリコン基板１３の裏面に開口している必要はなく、シリコン酸化膜１４の中央部付近に隙間（空間）を設けるようにしたものであってもよい。
【００３８】
本実施の形態においては、付勢手段であるシリコン酸化膜１４、形状変化部材１２、熱伝導部材６、熱付与部材７のみならず、シリコン基板１３、孔５ａもバルブ１０の構成要素となる。尚、開孔５の開口部には、熱伝導部材６、熱付与部材７が設けられておらず、これらは開孔５を避けた位置に設けられている。
【００３９】
ここで、シリコン酸化膜１４と形状変化部材１２の厚さを例示するものとすれば、シリコン酸化膜１４の厚さを１〜２マイクロメートル程度、形状変化部材１２の厚さを１〜２マイクロメートル程度とすることができる。ただし、これらの厚さに限定されるわけではなく、バルブ１０の動作寸法、動作温度範囲などの諸条件により適宜変更することができる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係るバルブ１０の作用について説明をする。  
バルブ１０の部材の熱膨張係数の大きさは、形状変化部材１２（Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金）＞シリコン基板１３（Ｓｉ）＞シリコン酸化膜１４（ＳｉＯ２）となっている。ここで、形状変化部材１２（Ｎｉ−Ｔｉ）の記憶熱処理が行われる４００℃近辺では、原子拡散により応力緩和が起こるためＮｉ−Ｔｉ、Ｓｉ、ＳｉＯ２の材料の長さはほぼ同等となっている。そして、これらの材料が常温程度まで冷却されたときには、シリコン基板１３（Ｓｉ）を基準に考えれば、シリコン酸化膜１４（ＳｉＯ２）の熱収縮は小さく長さが余るため盛り上がろうとする。一方、Ｎｉ−Ｔｉは熱収縮が大きく長さが短くなるため周囲のシリコン基板１３（Ｓｉ）に引張られて平らになろうとする。前述したように、常温ではＮｉ−Ｔｉはマルテンサイト相となり柔らかく変形しやすい状態になるので、シリコン酸化膜１４（ＳｉＯ２）の盛り上がりによりバルブ１０の高さが高くなるような変形が起こる。そのため、形状変化部材１２が供給孔９と当接し、供給孔９が塞がるのでバルブ１０が閉止状態となる。
【００４１】
高温の時（例えば、６０℃程度）には、Ｎｉ−Ｔｉが高温相に逆変態するときの力がシリコン酸化膜１４（ＳｉＯ２）の盛り上がろうとする力を上回り、バルブ１０の高さが低くなるような変形が起こり、形状変化部材１２が供給孔９から離隔してバルブ１０が開放状態となる。
【００４２】
尚、熱伝導部材６や熱付与部材７などの作用については、図１で説明をしたものと同様のため説明は省略する。
【００４３】
次に、本実施の形態に係るバルブ１０の製造方法について説明をする。  
図４は、本実施の形態に係るバルブ１０の製造方法について説明をするための模式工程断面図である。  
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１３の表面を酸化させて酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜３１を形成させる。尚、酸化シリコンの膜を成膜してもよい。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、形状記憶合金（例えば、Ｎｉ−Ｔｉ）の膜３２を成膜し、記憶熱処理を施す。  
次に、図４（ｃ）に示すように、選択的なエッチングを行い、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜３１から付勢部材であるシリコン酸化膜１４を、形状記憶合金（例えば、Ｎｉ−Ｔｉ）の膜３２から形状変化部材１２を形成させる。
【００４５】
次に、図４（ｄ）に示すように、熱伝導部材６と熱付与部材７とを選択的に成膜する。このとき、後述する開孔５の開口部分が、熱伝導部材６、熱付与部材７により塞がれないような位置に成膜する。尚、熱伝導部材６と熱付与部材７とを同一の材料とし、全体を成膜した後、不要部分を選択的にエッチング法により除去するようにしてもよい。また、熱伝導部材６、熱付与部材７の成膜を行わず、例えば、銅線の一端をハンダ付けや超音波接合などで形状変化部材１２に接続するようにしてもよい。
【００４６】
次に、図４（ｅ）に示すように、エッチング法を用いてシリコン基板１３の裏面側から選択的に孔５ａと開孔５とを形成させる。このとき、孔５ａはシリコン酸化膜１４の直下に設けられる。また、開孔５は燃料の均一な供給を考慮してその数と配置等が適宜決定される。尚、図４（ｅ）に示すバルブ１０の状態は、常温の時（バルブ１０が開のとき）である。
【００４７】
次に、必要があれば、シリコン基板１３からバルブ１０を備えたバルブ板１３ａを切り出す。尚、シリコン基板１３に複数のバルブ１０を備えたバルブ板１３ａを形成させるようにし、これを切り出すようにすれば生産効率を向上させることができる。
【００４８】
その後、このバルブ１０を備えたバルブ板１３ａを燃料電池の発電セル部分に接合することになるが、詳細は後述する。
【００４９】
次に、本発明の第３の実施の形態に係るバルブを説明する。  
図５は、本発明の第３の実施の形態に係るバルブを説明するための模式断面図であり、図５（ａ）は模式斜視断面図、図５（ｂ）は模式断面図である。  
尚、図１で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は省略する。図１で説明をしたものは、バルブ板３と突起４とが一体的に形成された場合であるが、本実施の形態に係るバルブ４０は、バルブ板４３と突起４４とを別個に形成し、その後、両者を接合するようにしたものである。接合方法は、接着剤によるもの、熱溶着によるもの、超音波溶着によるものなどのように、任意の方法を適宜選択することができる。尚、突起４４が設けられる部分に形成された孔５ｂは、突起４４の変形がし易いようにするためのいわゆる空気抜きである。ただし、必ずしも貫通孔である必要はなくある程度の体積を有する空間であってもよい。
【００５０】
本実施の形態においては、バルブ板４３と突起４４とを別個に形成させるので、それぞれの必要に合わせて材料や寸法などを別個に選択することができる。そのため、例えば、バルブ板４３の剛性（材質や厚みなど）とは別に、突起４４の弾性力（材質や厚みなど）と形状変化部材４２の形状変化時の力とのバランスなどを考慮することができ、それぞれを最適な設計とすることができる。
【００５１】
尚、作用に関しては図１で説明をしたものと同様のため説明は省略する。また、製造方法に関しても、バルブ板４３と突起４４とを別個に形成させる以外は同様なので説明は省略する。
【００５２】
図６は、本発明の第４の実施の形態に係るバルブを説明するための模式断面図である。  図５で説明をしたものは、突起４４の凸側表面を覆うように形状変化部材４２が設けられているが、本実施の形態に係るバルブ５０は、形状変化部材５２の凸側表面を覆うように突起５４が設けられている。尚、図１や図５で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態においては、バルブ板４３の側に形状変化部材５２が設けられているので、図５で説明をしたものが有する効果の他にも、形状変化部材５２と熱伝導部材６や熱付与部材７との接続が容易となるという効果をあわせ持つ。例えば、バルブ板４３にメッキ法などで予め熱伝導部材６や熱付与部材７をパターン配線し、その上に形状変化部材５２を接合させることで、形状変化部材５２自体の接合と熱伝導部材６や熱付与部材７との接続を一度に行うことができる。
【００５４】
尚、作用に関しては図１で説明をしたものと同様のため説明は省略する。また、製造方法に関しても、バルブ板４３と突起５４とを別個に形成させること、形状変化部材５２と突起５４との接合順番が異なること以外は同様なので説明は省略する。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態に係る燃料電池の構成を説明する。  
尚、説明の便宜上、メタノールを燃料とする直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）の説明をする。
【００５６】
図７は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の構成を説明するための模式構成図である。  また、図８は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の模式外観図であり、図９は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の模式断面図である。
【００５７】
図７〜図８に示すように、燃料電池６０には、発電セル６１と、前述した本発明の実施の形態に係るバルブを備えたバルブ板６５と、燃料タンク６６とが設けられている。また、発電セルには、カソード電極６２、固体高分子電解質膜６３、アノード電極６４、図示しない触媒などが設けられている。カバー６７には複数の通気孔６７ａが設けられ、カソード電極６２側に空気（酸素）を供給し、また、カソード電極６２側で発生した水を水蒸気として排出することができるようになっている。開閉レバー６８は、通気孔６７ａを開閉させるためのものであり、開閉レバー６８を操作することで図示しないシャッターを動作させて、通気孔６７ａを開閉できるようになっている。尚、開閉レバー６８とこれにより動作するシャッターは開閉手段の一例にすぎず、例えば、カバー６７をスライドさせることにより通気孔６７ａの開閉を行うなど適宜変更が可能である。燃料タンク６６からアノード極６４の間にかけて記載されている矢印は、燃料の流れを示し、カバー６７からカソード電極６２にかけて記載されている矢印は、空気（酸素）の流れを示している。
【００５８】
図１０は、発電セル部分の説明をするための模式図である。  
図１０に示すように、発電セル６１には、カソード電極６２、固体高分子電解質膜６３、アノード電極６４とが設けられている。
【００５９】
固体高分子電解質膜６３は、例えば、無機多孔質膜からなりその孔６３ａには高分子電解質６３ｂが充填されている。高分子電解質６３ｂとしては、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）を例示することができる。尚、固体高分子電解質膜６３は、有機多孔質膜、有機多孔質膜と無機多孔質膜との複合材などであってもよく、また、多孔質膜のみならずプロトンの透過性が高く燃料の透過性が低い膜を適宜選択することもできる。  
カソード電極６２の集電体６２ａには、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）溶液を含浸させて撥水処理を行った多孔質性のカーボン織布またはカーボンペーパー（ＰＴＦＥ含有量は５重量％程度）を用いることができる。カソード電極６２の触媒６２ｂには、白金（Ｐｔ）の微粒子を、活性炭・黒鉛などの粒子状または繊維状のカーボン上に担持させたものを用いることができる。この時、触媒中の白金（Ｐｔ）の含有量は、１０重量％〜７０重量％程度とすることが好ましい。
【００６０】
アノード電極６４の集電体６４ａには、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）溶液を含浸させて撥水処理を行った多孔質性のカーボン織布またはカーボンペーパー（ＰＴＦＥ含有量は５重量％程度）を用いることができる。アノード電極６４の触媒６４ｂには、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）の微粒子を、活性炭・黒鉛などの粒子状または繊維状のカーボン上に担持させたものを用いることができる。この時、触媒中の白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の合計含有量は１０重量％〜７０重量％程度とすることが好ましい。また、白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の重量比は、白金（Ｐｔ）：ルテニウム（Ｒｕ）＝５：１〜１：２程度が好ましい。そして、集電体６２ａと集電体６４ａとは負荷６９と電気的に接続されている。
【００６１】
その他、前述したように、カソード電極６２側にはカバー６７が設けられ、カバー６７には空気（酸素：Ｏ２）の供給や発生した水を水蒸気として排出するための複数の通気孔６７ａが設けられている（図８、図９を参照）。また、アノード電極６４側には、前述した本発明の実施の形態に係るバルブを備えるバルブ板、供給孔９を備える隔壁８、残余の燃料（メタノール水溶液）や反応によって生じた炭酸ガス（二酸化炭素：ＣＯ２）を外部に排出するための図示しない燃料排出口などが設けられている（図８、図９を参照）。
【００６２】
尚、具体例として例示した材質、形状、配置、成分比などはこれらに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００６３】
次に、燃料電池６０の作用について説明をする。  
アノード電極６４側に、燃料であるメタノール水溶液が供給されると、メタノール水溶液はアノード電極６４の触媒６４ｂにより下記の式(１)の酸化反応を生ずる。そして、この反応により二酸化炭素ＣＯ２、プロトン（Ｈ＋）、電子（ｅ−）を発生させる。プロトン（Ｈ＋）は、固体高分子電解質膜６３を透過してカソード電極６２側に移動する。電子（ｅ−）は、負荷６９を通って仕事をした後、カソード電極６２側に移動する。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− …(１)
カソード電極６２側に到達したプロトン（Ｈ＋）と、負荷６９を通って仕事をした後にカソード電極６２に側に到達した電子（ｅ−）とが、カソード電極６２の触媒６２ｂにより空気中の酸素Ｏ２と反応して式(２)の還元反応を生じる。
６Ｈ＋＋６ｅ−＋３／２Ｏ2→３Ｈ2Ｏ …(２)
アノード電極６４側で発生した二酸化炭素（ＣＯ２）は、残余のメタノール水溶液とともに図示しない燃料排出口から外部に排出される。また、カソード電極６２側で発生した水は、水蒸気として通気孔６７ａから排出される。
【００６４】
燃料電池６０の発電を停止させるときには、開閉レバー６８を操作することで図示しないシャッターを動作させ、通気孔６７ａを閉じるようにする。そのようにすれば、カソード電極６２側に空気（酸素：Ｏ２）が供給されなくなるため発電が停止する。前述したように、発電が停止し発熱がなくなれば、本発明の実施の形態に係るバルブが供給孔９を塞ぐので燃料の無駄な消費が抑制される。また、バルブの動作やその位置の保持のために消費されるエネルギーをも抑えることができる。
【００６５】
次に、本実施の形態に係る燃料電池６０の製造方法について説明をする。  
図１１は、本実施の形態に係る燃料電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００６６】
まず、例えば、無機多孔質膜の孔６３ａに高分子電解質６３ｂを充填して固体高分子電解質膜６３を作成する（ステップＳ１０）。高分子電解質６３ｂとしては、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）などを例示することができる。尚、固体高分子電解質膜６３は、有機多孔質膜、有機多孔質膜と無機多孔質膜との複合材などであってもよく、また、多孔質膜のみならずプロトンの透過性が高く燃料の透過性が低い膜を適宜選択することもできる。
【００６７】
次に、多孔質性のカーボン織布またはカーボンペーパーにＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）溶液を含浸させてカソード電極６２側の集電体６２ａを作成する（ステップＳ２０）。この時、ＰＴＦＥ含有量は５重量％程度とする。
【００６８】
次に、白金（Ｐｔ）の微粒子と、活性炭や黒鉛などの粒子状または繊維状のカーボンと、溶剤とを混合してペースト状にし、それを触媒６２ｂとするために集電体６２ａ上に塗布して、カソード電極６２を作成する（ステップＳ３０）。この時、触媒６２ｂ中の白金（Ｐｔ）の含有量は、１０重量％〜７０重量％程度とすることが好ましい。
【００６９】
一方、多孔質性のカーボン織布またはカーボンペーパーにＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）溶液を含浸させてアノード電極６４側の集電体６４ａを作成する（ステップＳ４０）。この時、ＰＴＦＥ含有量は５重量％程度とする。
【００７０】
次に、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）の微粒子と、活性炭や黒鉛などの粒子状または繊維状のカーボンと、溶剤とを混合してペースト状にし、それを触媒６４ｂとするために集電体６４ａ上に塗布して、アノード電極６４を作成する（ステップＳ５０）。この時、触媒６４ｂ中の白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の合計含有量は１０重量％〜７０重量％程度とすることが好ましい。また、白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の重量比は、白金（Ｐｔ）：ルテニウム（Ｒｕ）＝５：１〜１：２程度が好ましい。
【００７１】
次に、このようにして作成した固体高分子電解質膜６３、カソード電極６２、アノード電極６４とを接合して発電セル６１を形成させ、これを乾燥させる（ステップＳ６０）。この時、乾燥は、窒素やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス中や真空中で行うことが好ましい。尚、固体高分子電解質膜６３、カソード電極６２、アノード電極６４はそれぞれの収納ケースに収納されていてもよいし、発電セル６１を形成させたときにそれを収納ケースに収納させるようにしてもよい。
【００７２】
次に、前述した方法により本発明にかかるバルブを備えたバルブ板６５を作成し、発電セル６１のアノード電極６４側に接合する（ステップＳ７０）。
【００７３】
次に、前述した熱伝導部材の他端を発電セル６１自体、またはその近傍に接続し、前述した熱付与部材の他端を図示しない制御手段または図示しない外部接続端子に接続する（ステップＳ８０）。接続は、例えば、ハンダ付け、超音波接合、端子やコネクタによる接続などとすることができる。図示しない制御手段は、前述したように、通電量や通電時間の制御を行うためのものであり、例えば、ハード回路により構成されたものを例示することができる。そして、図示しない制御手段は、燃料電池が接続される機器の充電池や外部電源などに接続可能となっている。尚、図示しない制御手段は必ずしも必要ではなく、燃料電池が接続される機器などに設けられていてもよい。その場合は、熱付与部材の他端を図示しない外部接続端子に接続し、外部の制御手段から通電とその制御を行うようにすることもできる。
【００７４】
次に、供給孔９を備える隔壁８を作成し、バルブ板６５に対向させるようにして接合する（ステップＳ９０）。この際、バルブで供給孔９の開閉が可能な位置にバルブ板６５を接合するようにする。
【００７５】
次に、燃料タンク６６、複数の通気孔６７ａや開閉レバー６８などを備えたカバー６７、前述の図示しない制御手段や外部接続端子などを接合するなどして燃料電池６０を形成する（ステップＳ１００）。
【００７６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００７７】
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
例えば、前述した各具体例が備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる
また、アノード電極６４側の触媒６４ｂとしては、有機燃料を酸化できるものであればよく、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウムおよび金からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と白金との合金の微粒子などであってもよい。
【００７８】
また、燃料電池も単一の発電セルで構成したものを例示したが、発電セルを複数枚積層したスタック構造としてもよい。  
また、燃料についてもメタノール水溶液を例示したが、これに限定されるものではなく、他の有機燃料であってもよい。他の有機燃料としては、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、糖類、ジメチルエーテルなどのエーテル類、シクロヘキサンなどのシクロパラフィン類、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基などの親水基を有するシクロパラフィン類などを例示することができる。尚、このような有機燃料は、通常５〜９０重量％程度の水溶液として用いられる。
【００７９】
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るバルブを説明するための模式断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るバルブの製造方法について説明をするためのフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るバルブを説明するための模式断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係るバルブの製造方法について説明をするための模式工程断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るバルブを説明するための模式断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るバルブを説明するための模式断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る燃料電池の構成を説明するための模式構成図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る燃料電池の模式外観図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る燃料電池の模式断面図である。
【図１０】発電セル部分の説明をするための模式図である。
【図１１】本実施の形態に係る燃料電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１ バルブ、  ３ バルブ板、  ４ 突起、  ５ 開孔、  ５ａ、５ｂ 孔、  ６ 熱伝導部材、  ７ 熱付与部材、  ８ 隔壁、  ９ 供給孔、 １０ バルブ、 １２ 形状変化部材、 １３ シリコン基板、 １３ａ バルブ板、 １４ シリコン酸化膜、 ３１ 膜、 ３２ 膜、 ４０ バルブ、 ４２ 形状変化部材、 ４３ バルブ板、 ４４ 突起、 ５０ バルブ、 ５２ 形状変化部材、 ５４ 突起、 ６０ 燃料電池、 ６１ 発電セル、 ６２ カソード電極、 ６２ａ 集電体、 ６２ｂ 触媒、 ６３ 固体高分子電解質膜、 ６３ａ 孔、 ６３ｂ 高分子電解質、 ６４ アノード極、 ６４ アノード電極、 ６４ａ 集電体、 ６４ｂ 触媒、 ６５ バルブ板、 ６６ 燃料タンク、 ６７ カバー、 ６７ａ 通気孔、 ６８ 開閉レバー、 ６９ 負荷
【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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【図９】
2008121841.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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