(57)【要約】【課題】基板の一面に形成された微小な流路内に触媒層が形成された小型化学反応装置の製造に際し、流路内に触媒層を形成するためのフォトレジストを、流路内に残存される触媒層にダメージを与えることなく、良好に除去する。【解決手段】基板２１の一面２１ａに貼り付けられたドライフィルムからなるフォトレジスト３１の流路２２に対応する部分に開口部３２を形成する。次に、流路２２内および開口部３２内を含むフォトレジスト３１の表面に触媒層２３を形成する。次に、フォトレジスト３１をその表面に形成された不要な部分の触媒層２３と共に引き剥がして除去する。これにより、上記課題を達成する。この場合、開口部３２の内壁面に形成された触媒層２３がフォトレジスト３１と共に除去されずに、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存されても、基板２１の一面２１ａに陽極接合される基板２４に触媒層逃げ用の凹部を形成すると、基板２１の一面２１ａに基板２４を確実に陽極接合することができる。【選択図】　　　　図５
2004057919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小型の基板と、該基板の一面に形成された微小な流路と、該流路内に設けられた触媒層と、前記基板の一面に接合された対向基板とを備えた小型化学反応装置において、前記対向基板の前記基板との対向面において前記触媒層に対応する部分に触媒層逃げ用の凹部が形成されていることを特徴とする小型化学反応装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記凹部の幅は前記流路の幅よりもやや大きくなっていることを特徴とする小型化学反応装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、前記基板はシリコン基板であり、前記対向基板はガラス板であり、前記シリコン基板と前記ガラス板とは陽極接合されていることを特徴とする小型化学反応装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、前記触媒層は前記基板の一面より突出する突出部を有し、前記対向基板の前記凹部は前記突出部に接触しない程度の空間を構成していることを特徴とする小型化学反応装置。
【請求項５】
小型の基板の一面に微小な流路を形成し、前記基板の一面にドライフィルムからなるフォトレジストを貼り付け、前記フォトレジストの前記流路に対応する部分に開口部を形成し、前記流路内および前記開口部内を含む前記フォトレジストの表面に触媒層を形成し、前記フォトレジストをその表面に形成された不要な部分の前記触媒層と共に引き剥がして除去し、前記基板の一面に該一面との対向面において前記流路内に形成された前記触媒層に対応する部分に触媒層逃げ用の凹部が形成された対向基板を接合することを特徴とする小型化学反応装置の製造方法。
【請求項６】
小型の基板の一面にドライフィルムからなるフォトレジストを貼り付け、前記フォトレジストの前記基板の一面の微小流路形成領域に対応する部分に開口部を形成し、該開口部を有する前記フォトレジストをマスクとして前記基板の一面に微小な流路を形成し、前記流路内および前記開口部内を含む前記フォトレジストの表面に触媒層を形成し、前記フォトレジストをその表面に形成された不要な部分の前記触媒層と共に引き剥がして除去し、前記基板の一面に該一面との対向面において前記流路内に形成された前記触媒層に対応する部分に触媒層逃げ用の凹部が形成された対向基板を接合することを特徴とする小型化学反応装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の発明において、前記凹部の幅は前記流路の幅よりもやや大きくなっていることを特徴とする小型化学反応装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５または６に記載の発明において、前記基板はシリコン基板であり、前記対向基板はガラス板であり、前記シリコン基板と前記ガラス板とを陽極接合することを特徴とする小型化学反応装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は小型化学反応装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学反応の技術分野では、流体化された混合物質を流路内に設けられた触媒による化学反応（触媒反応）により、所望の流体物質を生成する化学反応装置が知られている。従来のこのような化学反応装置には、半導体集積回路などの半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、シリコン基板上に幅がミクロンオーダーあるいはミリメートルオーダーの流路を形成したものがある。
【０００３】
図１３は従来のこのような小型化学反応装置の一例の透過平面図を示し、図１４はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図を示したものである。この小型化学反応装置は小型のシリコン基板１を備えている。シリコン基板１の一面には、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な流路２が形成されている。流路２の内壁面には触媒層３が設けられている。
【０００４】
シリコン基板１の一面には蓋となるガラス板４が接合されている。ガラス板４の流路２の両端部に対応する所定の２箇所には、ガラス板４の厚さ方向に貫通する流入口５および流出口６が形成されている。シリコン基板１の他面には蛇行した薄膜ヒータ７が設けられている。薄膜ヒータ７は、この小型化学反応装置における化学反応（触媒反応）が所定の熱条件による吸熱反応を伴うとき、化学反応時に流路２内の触媒層３に所定の熱エネルギを供給するためのものである。
【０００５】
次に、この小型化学反応装置のシリコン基板１の流路２の部分の製造方法の一例について説明する。まず、図１５に示すように、小型のシリコン基板１の一面に、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な流路２を形成する。次に、流路２内を含むシリコン基板１の一面に塗布されたフォトレジストをパターニングすることにより、流路２に対応する部分に開口部１２を有するフォトレジスト１１を形成する。
【０００６】
次に、図１６に示すように、流路２内および開口部１２内を含むフォトレジスト１１の表面に触媒層３を形成する。次に、フォトレジスト１１をその表面に形成された触媒層３の不要な部分と共に除去すると、図１７に示すように、流路２の内壁面にのみ触媒層３が残存される。この場合、フォトレジスト１１の除去は、剥離液を用いる方法、あるいは酸素プラズマアッシングによる方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の製造方法では、剥離液を用いて、フォトレジスト１１をその表面に形成された触媒層３の不要な部分と共に除去する場合には、流路２の内壁面に残存される触媒層３が剥離液と接触してダメージを受けることがあり、またフォトレジスト１１の表面に形成された触媒層３が邪魔となり、剥離液がフォトレジスト１１まで十分に到達せず、フォトレジスト１１を良好に除去することができない場合があるという問題があった。また、酸素プラズマアッシングにより、フォトレジスト１１をその表面に形成された触媒層３の不要な部分と共に除去する場合には、フォトレジスト１１の表面に形成された触媒層３が蔭となり、プラズマ種がフォトレジスト１１まで十分に到達せず、フォトレジスト１１を良好に除去することができない場合があるという問題があった。仮にフォトレジスト１１を除去できたとしてもフォトレジスト１１の側方に接していた触媒層３の突出部３ａが残存してしまい、シリコン基板１とガラス板４とを接合する際に突出部３ａが障害となり、無理に噛み合わせようとすると突出部３ａが潰れてシリコン基板１のガラス板４との間の界面部１ａに入り隙間が生じてしまい、流路２として機能することが困難になってしまうといった問題が生じていた。また、このような問題を解消するためにメタルマスクを用いた印刷を試みると、小型化学反応装置で求められるラインアンドスペースの高精細なピッチの流路２内に触媒溶液を塗布することが困難なため、化学反応装置の小型化の障害となっていた。
そこで、この発明は、高精細なピッチの流路内に触媒層を形成するためのフォトレジストを、流路内に残存される触媒層にダメージを与えることなく、良好に除去することができる小型化学反応装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る小型化学反応装置は、小型の基板と、該基板の一面に形成された微小な流路と、該流路内に設けられた触媒層と、前記基板の一面に接合された対向基板とを備えた小型化学反応装置において、前記対向基板の前記基板との対向面において前記触媒層に対応する部分に触媒層逃げ用の凹部が形成されていることを特徴とするものである。
請求項１に記載の発明によれば、触媒層の一部が製造工程時に基板の一面より外にはみ出されても、基板と対向基板との接合面に触媒層の一部若しくはその破片が入り込まないために基板と対向基板とを良好に接合することができる。
請求項２に記載の発明に係る小型化学反応装置は、請求項１に記載の発明において、前記凹部の幅は前記流路の幅よりもやや大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明に係る小型化学反応装置は、請求項１に記載の発明において、前記基板はシリコン基板であり、前記対向基板はガラス板であり、前記シリコン基板と前記ガラス板とは陽極接合されていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明に係る小型化学反応装置は、前記触媒層は前記基板の一面より突出する突出部を有し、前記対向基板の前記凹部は前記突出部に接触しない程度の空間を構成していることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明に係る小型反応装置の製造方法は、小型の基板の一面に微小な流路を形成し、前記基板の一面にドライフィルムからなるフォトレジストを貼り付け、前記フォトレジストの前記流路に対応する部分に開口部を形成し、前記流路内および前記開口部内を含む前記フォトレジストの表面に触媒層を形成し、前記フォトレジストをその表面に形成された不要な部分の前記触媒層と共に引き剥がして除去し、前記基板の一面に該一面との対向面において前記流路内に形成された前記触媒層に対応する部分に触媒層逃げ用の凹部が形成された対向基板を接合することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明に係る小型反応装置の製造方法は、小型の基板の一面にドライフィルムからなるフォトレジストを貼り付け、前記フォトレジストの前記基板の一面の微小流路形成領域に対応する部分に開口部を形成し、該開口部を有する前記フォトレジストをマスクとして前記基板の一面に微小な流路を形成し、前記流路内および前記開口部内を含む前記フォトレジストの表面に触媒層を形成し、前記フォトレジストをその表面に形成された不要な部分の前記触媒層と共に引き剥がして除去し、前記基板の一面に該一面との対向面において前記流路内に形成された前記触媒層に対応する部分に触媒層逃げ用の凹部が形成された対向基板を接合することを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明に係る小型反応装置の製造方法は、請求項４または５に記載の発明において、前記凹部の幅は前記流路の幅よりもやや大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明に係る小型反応装置の製造方法は、請求項４または５に記載の発明において、前記基板はシリコン基板であり、前記対向基板はガラス板であり、前記シリコン基板と前記ガラス板とを陽極接合することを特徴とするものである。
そして、この発明によれば、フォトレジストとしてドライフィルムからなるものを用い、フォトレジストをその表面に形成された不要な部分の触媒層と共に引き剥がして除去しているので、ドライフィルムからなるフォトレジストを、流路内に残存される触媒層にダメージを与えることなく、良好に除去することができる。この場合、対向基板との対向面において触媒層に対応する部分に触媒層逃げ用の凹部を形成しているのは、フォトレジストの開口部の内壁面に形成された触媒層がフォトレジストと共に除去されずに、基板の一面上に食み出して残存されても、基板の一面に対向基板を確実に接合するためである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態としての小型化学反応装置の透過平面図を示し、図２はそのＡ−Ａ線に沿う断面図を示したものである。この小型化学反応装置は結晶性シリコン（単結晶シリコンや多結晶シリコン）やアルミ等からなる小型の基板２１を備えている。基板２１の寸法は、一例として、長さ２５ｍｍ程度、幅１７ｍｍ程度、厚さ０．６〜１ｍｍ程度である。基板２１の一面２１ａには、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な流路２２が形成されている。流路２２の寸法は、一例として、幅０．２〜０．８ｍｍ程度、深さ０．２〜０．６ｍｍ程度であり、全長は３０〜１０００ｍｍ程度である。
【００１０】
流路２２の内壁面には触媒層２３が設けられている。基板２１の一面２１ａには蓋となる厚さ０．７ｍｍ程度の対向基板２４が接合されている。対向基板２４の流路２２の両端部に対応する所定の２箇所には、対向基板２４の厚さ方向に貫通する円形状の流入口２５および流出口２６が形成されている。対向基板２４の基板２１との対向面において触媒層２３（流路２２）に対応する部分には触媒層逃げ用の凹部２７が形成されている。この場合、凹部２７の幅と流入口２５および流出口２６の直径は流路２２の幅よりもやや大きくなっている。その理由については後で説明する。
【００１１】
基板２１の他面にはＴａＳｉＯｘやＴａＳｉＯｘＮ（ｘは正の数値）などの抵抗体薄膜からなる蛇行した薄膜ヒータ２８が形成されている。薄膜ヒータ２８は、この小型化学反応装置における化学反応（触媒反応）が所定の熱条件による吸熱反応を伴うとき、化学反応時に流路２２内の触媒層２３に所定の熱エネルギを供給するためのものである。この場合、蛇行した薄膜ヒータ２８は、蛇行した流路２２と平面的に一致させているが、一致しないようにしてもよい。また、薄膜ヒータ２８は流路２２全面を覆うようなべた状としてもよい。
【００１２】
基板２１の他面には、一面の中央部に凹部３０が形成された厚さ０．７ｍｍ程度のガラスからなる基板２９の周辺部が接合されている。基板２９は、薄膜ヒータ２８を保護するほかに、薄膜ヒータ２８の熱拡散を防止し、熱効率を良くするためのものである。また、凹部３０内は、断熱性能を高めるため、ほぼ真空としてもよい。
【００１３】
次に、この小型化学反応装置の製造方法の第１の例について説明する。まず、図３に示すように、小型の基板２１の一面２１ａに、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な流路２２を形成する。この場合、流路２２の形成は、ウェットエッチングやドライエッチングによって行ってもよいが、サンドブラスト法によって行うことが好ましい。すなわち、サンドブラスト法は、加工レートが速く、また装置が比較的安価であるからである。
【００１４】
次に、基板２１の一面２１ａにドライフィルムからなるフォトレジスト３１を貼り付ける。この状態では、フォトレジスト３１がドライフィルムであるため、流路２２内は空洞となる。次に、図４に示すように、フォトレジスト３１をパターニングして、フォトレジスト３１の流路２２に対応する部分に開口部３２を形成する。この場合、開口部３２の幅は流路２２の幅とほぼ同じである。
【００１５】
次に、図５に示すように、流路２２の内壁面および開口部３２の内壁面を含むフォトレジスト３１の表面に、触媒粒子を溶媒中に分散させてなる触媒溶液を塗布することにより、あるいはスパッタリング法などの物理的成膜法により、触媒層２３を形成する。次に、フォトレジスト３１をその表面に形成された不要な部分の触媒層２３と共に機械的力により引き剥がして除去すると、図６に示すように、流路２２の内壁面にのみ触媒層２３が残存される。
【００１６】
このように、フォトレジスト３１としてドライフィルムからなるものを用い、フォトレジスト３１をその表面に形成された不要な部分の触媒層２３と共に機械的力により引き剥がして除去しているので、ドライフィルムからなるフォトレジスト３１を、流路２２内に残存される触媒層２３にダメージを与えることなく、良好に除去することができる。
【００１７】
ところで、フォトレジスト３１を機械的力により引き剥がしたとき、基板２１の一面２１ａ上にレジスト残渣（スカム）がわずかに残存した場合には、当該レジスト残渣を酸素プラズマアッシングなどのディスカム処理により除去する。これは、基板２１の一面２１ａへの対向基板２４の後述する陽極接合を確実とするためである。
【００１８】
また、フォトレジスト３１を機械的力により引き剥がしたとき、図５に示すように、フォトレジスト３１の開口部３２の内壁面に形成された触媒層２３の突出部２３ａがフォトレジスト３１と共に除去されずに、例えば図７に示すように、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存されることがある。このような場合には、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存された触媒層２３の突出部２３ａを研磨などにより除去すればよいが、この食み出し部のみを研磨などにより除去することは極めて困難である。
【００１９】
すなわち、基板２１の一面２１ａへの対向基板２４の後述する陽極接合を確実とするためには、基板２１の一面２１ａを平滑面としておく必要がある。したがって、基板２１の一面２１ａは予め研磨されて平滑面とされている。このため、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存された触媒層２３の突出部２３ａのみを研磨などにより完全に除去することは極めて困難である。
【００２０】
一方、基板２１の一面２１ａをやや再研磨することにより、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存された触媒層２３を除去する方法もある。しかしながら、それでは、基板２１の一面２１ａを予め研磨して平滑面としておく意味が無くなってしまう。また、再研磨のため、製造時間が長くなってしまう。そこで、この発明では、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存された触媒層２３をそのまま残存させる。
【００２１】
また、図３に示すように、流路２２が形成された基板２１の一面２１ａにドライフィルからなるフォトレジスト３１を貼り付け、次いで図４に示すように、フォトレジスト３１をパターニングして、フォトレジスト３１の流路２２に対応する部分に開口部３２を形成しているので、流路２２に対する開口部３２の位置がずれる場合がある。このような場合には、開口部３２の幅が流路２２の幅とほぼ同じであると、流路２２の近傍における基板２１の一面２１ａ上に触媒層２３の突出部２３ａが残存されることがある。このような場合も、流路２２の近傍における基板２１の一面２１ａ上に残存された触媒層２３の突出部２３ａをそのまま残存させる。
【００２２】
次に、図１および図２に示すように、基板２１の他面にＴａＳｉＯｘやＴａＳｉＯｘＮ（ｘは正の数値）などの抵抗体薄膜からなる蛇行した薄膜ヒータ２８を形成する。次に、対向基板２４に、サンドブラスト法により、流入口２５および流出口２６を形成し、且つ、座ぐり加工により、凹部２７を形成したものを用意する。また、基板２９に、座ぐり加工により、凹部３０を形成したものを用意する。
【００２３】
次に、基板２１の一面２１ａに対向基板２４を重ね合わせ、陽極接合処理を行うことにより、基板２１の一面２１ａに対向基板２４を接合する。また、基板２１の他面に基板２９を重ね合わせ、陽極接合処理を行うことにより、基板２１の他面に基板２９を接合する。
【００２４】
ところで、対向基板２４の凹部２７の幅と流入口２５および流出口２６の直径は流路２２の幅よりもやや大きくなっている。また凹部２７の凹みは、基板２１の一面２１ａから突出した突出部２３ａの高さの最大値、つまりフォトレジスト３１の厚さ及び開口部３２の厚さの和より高いように設定されている。このため、図７に示すように、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存された触媒層２３の突出部２３ａがそのまま残存されていても、基板２１の一面２１ａに対向基板２４を陽極接合した状態では、図８に示すように、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存された触媒層２３の突出部２３ａは凹部２７内や流入口２５内などに配置される。流路２２の近傍における基板２１の一面２１ａ上に触媒層２３の突出部２３ａが残存されている場合には、これも凹部２７内や流入口２５内などに配置されるようにする。したがって、触媒層２３の突出部２３ａが対向基板２４に接触することがないので突出部２３ａの破片が製造工程中に基板２１における対向基板２４との接合面である一面２１ａ上に残ることがないので基板２１と対向基板２４が隙間無く良好に接合することができる。
【００２５】
したがって、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存された触媒層２３などが陽極接合処理の邪魔になることはない。しかも、この場合、流路２２から突出しないように触媒層２３を設ける場合と比較して、基板２１の一面２１ａ上に食み出して残存された触媒層２３の突出部２３ａ分だけ触媒の表面積を多くすることができる。この結果、触媒の表面積に大きく依存する流路２２内での反応速度を比較的速くすることができる。
【００２６】
ここで、代表として、基板２１としてシリコンを採用した際の基板２１の一面２１ａに対向基板２４を接合する陽極接合処理について説明する。基板２１の一面２１ａに対向基板２４を重ね合わせ、基板２１側を陽極とし、対向基板２４側を陰極とする。そして、基板２１および対向基板２４を４００〜６００℃程度に加熱した状態で、両極間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加する。
【００２７】
すると、対向基板２４内の不純物である陽イオンが基板２１から離れる方向に移動し、対向基板２４の基板２１側の界面に負電荷の酸素の濃度の高い層が現れる。すると、基板２１の対向基板２４側の界面のシリコン原子と対向基板２４の基板２１側の界面の酸素イオンとが結合し、強固な接合界面が得られる。
【００２８】
この場合、基板２１および対向基板２４を４００〜６００℃程度に加熱し、両極間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加するのは、対向基板２４内の不純物である陽イオンが基板２１から離れる方向に移動する速度を高くして基板２１と対向基板２４との間の結合を容易にするためである。
【００２９】
次に、図１および図２に示す小型化学反応装置の製造方法の第２の例について説明する。まず、図９に示すように、小型の基板２１の一面２１ａにドライフィルムからなるフォトレジスト３１を貼り付ける。次に、図１０に示すように、フォトレジスト３１をパターニングして、フォトレジスト３１の流路形成領域に対応する部分に開口部３２を形成する。次に、フォトレジスト３１をマスクとしたエッチングにより、図４に示すように、基板２１の一面２１ａに蛇行した微小な流路２２を形成する。フォトレジスト３１をマスクとして触媒層２３を形成する工程以降は上記第１の例の場合と同じであるので、省略する。
【００３０】
ところで、上記第１の例の場合には、フォトレジスト３１の開口部３２のパターニングと流路２２のパターニングをそれぞれ別工程で行っているので、開口部３２の流路２２に対する位置ずれが発生することがあり、またフォトレジスト３１とは別に、流路２２を形成するためのフォトレジストパターンを形成しなければならず、工程数が多い。
【００３１】
これに対し、上記第２の例の場合には、図１０に示すように、フォトレジスト３１をパターニングして、フォトレジスト３１の流路形成領域に対応する部分に開口部３２を形成し、次いでフォトレジスト３１をマスクとして図４に示すように、基板２１の一面２１ａをエッチングして流路２２を形成しているので、結果的には、流路２２に対する開口部３２の位置を一致させることができる。また、フォトレジスト３１をマスクとして流路２２を形成しているので、工程数を少なくすることができ、アライメントの誤差のためのクリアランスが必要ないので流路２２間を狭くでき、基板２１を小型化することができる。
【００３２】
次に、この発明に係る小型反応装置を燃料改質型の燃料電池を用いた燃料電池システムに適用した場合について説明する。図１１は燃料電池システム４１の一例の要部のブロック図を示したものである。この燃料電池システム４１は、燃料部４２、燃料気化部４３、改質部４４、一酸化炭素除去部４５、発電部４６、充電部４７などを備えている。
【００３３】
燃料部４２は、発電用燃料（例えばメタノール水溶液）が封入された燃料パックなどからなり、発電用燃料を燃料気化部４３に供給する。
【００３４】
燃料気化部４３は、図１および図２に示すような構造となっている。ただし、この場合、流路２２内には触媒層２３は設けられていない。そして、燃料気化部４３は、燃料部４２からの発電用燃料が流入口２５を介して流路２２内に供給されると、流路２２内において、薄膜ヒータ２８の加熱（１２０℃程度）により、発電用燃料を気化させ、この気化された発電用燃料ガス（例えば発電用燃料がメタノール水溶液の場合、ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ）を流出口２６から流出させる。
【００３５】
燃料気化部４３で気化された発電用燃料ガス（ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ）は改質部４４に供給される。この場合、改質部４４も、図１および図２に示すような構造となっている。ただし、この場合、触媒層２３は、例えば、Ｃｕ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３などからなる改質触媒を含むものからなっている。そして、改質部４４は、燃料気化部４３からの発電用燃料ガス（ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ）が流入口２５を介して流路２２内に供給されると、流路２２内において、薄膜ヒータ２８の加熱（２８０℃程度）により、次の式（１）に示すような吸熱反応を引き起こし、水素と副生成物の二酸化炭素とを生成する。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２……（１）
【００３６】
上記式（１）の左辺における水（Ｈ２Ｏ）は、反応の初期では、燃料部４２の燃料に含まれているものでよいが、後述する発電部４６の発電に伴い生成される水を回収して改質部４４に供給するようにしてもよい。また、発電部４６の発電中の上記式（１）の左辺のおける水（Ｈ２Ｏ）の供給源は、発電部４６のみでもよく、発電部４６および燃料部４２でも、また燃料部４２のみでもよい。なお、このとき微量ではあるが、一酸化炭素が改質部４４内で生成されることがある。
【００３７】
そして、上記式（１）の右辺の生成物（水素、二酸化炭素）および微量の一酸化炭素は改質部４４の流出口２６から流出される。改質部４４の流出口２６から流出された生成物のうち、気化状態の水素および一酸化炭素は一酸化炭素除去部４５に供給され、二酸化炭素は分離されて大気中に放出される。
【００３８】
次に、一酸化炭素除去部４５も、図１および図２に示すような構造となっている。ただし、この場合、触媒層２３は、例えば、Ｐｔ、Ａｌ２Ｏ３などからなる選択酸化触媒を含むものからなっている。そして、一酸化炭素除去部４５は、改質部４４からの気化状態の水素および一酸化炭素が流入口２５を介して流路２２内に供給されると、薄膜ヒータ２８の加熱（１８０℃程度）により、流路２２内に供給された水素、一酸化炭素、水のうち、一酸化炭素と水とが反応し、次の式（２）に示すように、水素と副生成物の二酸化炭素とが生成される。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２……（２）
【００３９】
上記式（２）の左辺における水（Ｈ２Ｏ）は反応の初期では、燃料部４２の燃料に含まれているものでよいが、発電部４６の発電に伴い生成される水を回収して一酸化炭素除去部４５に供給することが可能である。また、一酸化炭素除去部４５における反応式（２）の左辺のおける水の供給源は、発電部４６のみでもよく、発電部４６および燃料部４２でも、また燃料部４２のみでもよい。
【００４０】
そして、最終的に一酸化炭素除去部４５の流出口２６に到達する流体はそのほとんどが水素、二酸化炭素となる。なお、一酸化炭素除去部４５の流出口２６に到達する流体に極微量の一酸化炭素が含まれている場合、残存する一酸化炭素を大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素に接触させることで、次の式（３）に示すように、二酸化炭素が生成され、これにより一酸化炭素が確実に除去される。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ２→ＣＯ２……（３）
【００４１】
上記一連の反応後の生成物は水素および二酸化炭素（場合によって微量の水を含む）で構成されるが、これらの生成物のうち、二酸化炭素は水素から分離されて大気中に放出される。したがって、一酸化炭素除去部４５から発電部４６には水素のみが供給される。なお、一酸化炭素除去部４５は、燃料気化部４３と改質部４４との間に設けてもよい。
【００４２】
次に、発電部４６は、図１２に示すように、周知の固体高分子型の燃料電池からなっている。すなわち、発電部４６は、Ｐｔ、Ｃなどの触媒が担持された炭素電極からなるカソード５１と、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃなどの触媒が担持された炭素電極からなるアノード５２と、カソード５１とアノード５２との間に介在されたフィルム状のイオン導電膜５３と、を有して構成され、カソード５１とアノード５２との間に設けられた２次電池やコンデンサなどからなる充電部４７に電力を供給するものである。
【００４３】
この場合、カソード５１の外側には空間部５４が設けられている。この空間部５４内には一酸化炭素除去部４５からの水素が供給され、カソード５１に水素が供給される。また、アノード５２の外側には空間部５５が設けられている。この空間部５５内には大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素が供給され、アノード５２酸素が供給される。
【００４４】
そして、カソード５１側では、次の式（４）に示すように、水素から電子（ｅ−）が分離した水素イオン（プロトン；Ｈ＋）が発生し、イオン導電膜５３を介してアノード５２側に通過するとともに、カソード５１により電子（ｅ−）が取り出されて充電部４７に供給される。
３Ｈ２→６Ｈ＋＋６ｅ−……（４）
【００４５】
一方、アノード５２側では、次の式（５）に示すように、充電部４７を経由して供給された電子（ｅ−）とイオン導電膜５３を通過した水素イオン（Ｈ＋）と酸素とが反応して副生成物の水が生成される。
６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ……（５）
【００４６】
以上のような一連の電気化学反応（式（４）および式（５））は概ね室温〜８０℃程度の比較的低温の環境下で進行し、電力以外の副生成物は、基本的に水のみとなる。発電部４６で生成された電力は充電部４７に供給され、これにより充電部４７が充電される。
【００４７】
発電部４６で生成された副生成物としての水は回収される。この場合、上述の如く、発電部４６で生成された水の少なくとも一部を改質部４４や一酸化炭素除去部４５に供給するようにすると、燃料部４２内に当初封入される水の量を減らすことができ、また回収される水の量を減らすことができる。
【００４８】
ところで、現在、研究開発が行われている燃料改質方式の燃料電池に適用されている燃料としては、少なくとも、水素元素を含む液体燃料または液化燃料または気体燃料であって、発電部４６により、比較的高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成することができる燃料であればよく、上記のメタノールの他、例えば、エタノール、ブタノールなどのアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテル、イソブタン、天然ガス（ＣＮＧ）などの液化ガスなどの常温常圧で気化される炭化水素からなる液体燃料、あるいは、水素ガスなどの気体燃料などの流体物質を良好に適用することができる。
【００４９】
上記実施形態では、燃料気化部４３、改質部４４、一酸化炭素除去部４５がそれぞれ別体の基板で構成され、互いの流路の末端を連結して構成されていたが、燃料気化部４３、改質部４４、一酸化炭素除去部４５のうち少なくとも２つが同一基板に連続する流路を設けて形成されていてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、フォトレジストとしてドライフィルムからなるものを用い、フォトレジストをその表面に形成された不要な部分の触媒層と共に引き剥がして除去しているので、ドライフィルムからなるフォトレジストを、流路内に残存される触媒層にダメージを与えることなく、良好に除去することができる。また、対向基板との対向面において触媒層に対応する部分に触媒層逃げ用の凹部を形成しているので、フォトレジストの開口部の内壁面に形成された触媒層がフォトレジストと共に除去されずに、基板の一面２１ａ上に食み出して残存されても、基板の一面２１ａに対向基板を確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態としての小型化学反応装置の透過平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】図１および図２に示す小型化学反応装置の第１の例の製造に際し、当初の工程の断面図。
【図４】図３に続く工程の断面図。
【図５】図４に続く工程の断面図。
【図６】図５に続く工程の断面図。
【図７】図６に示す工程と同じ工程の他の断面図。
【図８】図７に示す場合における両基板の接合状態の一部を説明するために示す断面図。
【図９】図１および図２に示す小型化学反応装置の第２の例の製造に際し、当初の工程の断面図。
【図１０】図９に続く工程の断面図。
【図１１】この発明に係る小型反応装置を備えた小型発電型電源の一例の要部のブロック図。
【図１２】図９に示す小型発電型電源の発電部の概略構成図。
【図１３】従来の小型化学反応装置の一例の透過平面図。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図１５】図１３および図１４に示す小型化学反応装置の製造に際し、当初の工程の断面図。
【図１６】図１５に続く工程の断面図。
【図１７】図１６に続く工程の断面図。
【符号の説明】
２１　基板
２２　流路
２３　触媒層
２４　対向基板
２５　流入口
２６　流出口
２７　凹部
２８　薄膜ヒータ
２９　基板
３０　凹部
３１　フォトレジスト
３２　開口部
【図１】
2004057919.tif 000003
【図２】
2004057919.tif 000004
【図３】
2004057919.tif 000005
【図４】
2004057919.tif 000006
【図５】
2004057919.tif 000007
【図６】
2004057919.tif 000008
【図７】
2004057919.tif 000009
【図８】
2004057919.tif 000010
【図９】
2004057919.tif 000011
【図１０】
2004057919.tif 000012
【図１１】
2004057919.tif 000013
【図１２】
2004057919.tif 000014
【図１３】
2004057919.tif 000015
【図１４】
2004057919.tif 000016
【図１５】
2004057919.tif 000017
【図１６】
2004057919.tif 000018
【図１７】
2004057919.tif 000019