JP2005038671A - Electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic apparatus with a small size, low height, and high performance, using a fuel cell capable of receiving a uniform fuel supply and capable of being electrically connected with high efficiency, which can be used in a stable state. <P>SOLUTION: The electronic apparatus has a fuel cell 1, and the fuel cell 1 has a fuel cell container 2 equipped with a substrate 6 having a first and a second concave parts at its both main faces housing an electrolyte member 3 having a first and a second electrodes 4, 5, a first fluid passage 8, a first wiring conductor 10, a first and a second lid bodies 7 mounted on a top face of the substrate 6, a second fluid passage 9, a second wiring conductor 11, and a terminal 12 for external connection. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源として燃料電池を有する電子機器であって、電解質部材を収容可能な多層セラミックスから成る小型で高信頼性の燃料電池を有する電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電子機器の機能が増えるに伴い、消費電力は増加する傾向にある。また、２次電池では一定量の電力使用後には充電する必要があり、充電設備と充電時間が必要となるために、携帯電子機器の長時間駆動には多くの問題が残されている。
【０００３】
こうした要求により、小型の燃料電池を電源として備えた携帯電話，ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の電子機器が提案されている。燃料電池は、燃料と酸素の供給を継続している限り連続して使用可能である。小型の燃料電池としては、固体高分子電解質形燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下、ＰＥＦＣと記す）や直接形メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下、ＤＭＦＣと記す）といったものが知られている。
【０００４】
これらの燃料電池は、作動温度が８０〜１００℃程度という低温であり、
（１）出力密度が高く、小型化，軽量化が可能である、
（２）電解質が腐食性でなく、しかも作動温度が低いため、耐食性の面から電池構成材料の制約が少ないので、コスト低減が容易である、
（３）他の燃料電池と比較し、常温で起動できるため、起動時間が短い、
といった優れた特長を有している。このためＰＥＦＣやＤＭＦＣは、以上のような特長を活かして、車両用の駆動電源や家庭用のコジェネレーションシステム等への適用ばかりでなく、携帯電話，ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ），ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ），デジタルカメラやビデオ等の出力が数Ｗ〜数十Ｗの携帯電子機器用の電源としての用途が考えられてきている。
【０００５】
ＰＥＦＣやＤＭＦＣは、大別して、例えば、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極から成る燃料極（カソード）と、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極から成る空気極（アノード）と、燃料極と空気極との間に介装されたフィルム状の電解質部材（以下、電解質部材と記す）とを有して構成されている。ＤＭＦＣの場合、ここで、燃料極には、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）水溶液が供給され、一方、空気極には、大気中の（Ｏ２）が供給されることにより、電気化学反応により所定の電気エネルギーが生成（発電）され、負荷に対する駆動電源（電圧／電流）となる電気エネルギーが生成される。
【０００６】
具体的には、燃料極にメタノール（ＣＨ３ＯＨ）水溶液が供給されると、次の化学反応式（１）に示すように、上記触媒により電子（ｅ−）が分離した水素イオン（プロトン；Ｈ＋）が発生し、電解質部材を介して空気極側に通過するとともに、燃料極を構成する炭素電極により電子（ｅ−）が取り出されて負荷に供給される。
【０００７】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− ・・・（１）
一方、空気極に空気が供給されると、次の化学反応式（２）に示すように、上記触媒により負荷を経由した電子（ｅ−）と電解質部材を通過した水素イオン（Ｈ＋）と空気中の酸素ガス（Ｏ２）とが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【０００８】
６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ ・・・（２）
このような一連の電気化学反応（式（１）および式（２））は、概ね室温〜１００℃の比較的低温の温度条件で進行し、電力以外の副生成物は基本的に水（Ｈ２Ｏ）のみとなる。
【０００９】
電解質部材を構成するイオン導電膜（交換膜）は、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜、フルオロカーボンスルホン酸とポリビニリデンフルオライドとの混合膜、フルオロカーボンマトリックスにトリフルオロエチレンをグラフト化したもの等が知られており、最近ではパーフルオロカーボンスルホン酸膜（例えばナフィオン：商品名、デュポン社製）等が用いられている。
【００１０】
図８に、従来の燃料電池（ＰＥＦＣ）の構成を断面図で示す。同図において、２０１はＰＥＦＣ、２０３は電解質部材、２０４および２０５は電解質部材を挟持するように電解質部材２０３上に配置され、ガス拡散層および触媒層としての機能を有する一対の多孔質電極、すなわち燃料極および空気極であり、２０６はガスセパレータ、２０８は燃料流路、２０９は空気流路である。
【００１１】
ガスセパレータ２０６は、ガスセパレータ２０６の外形を形成する積層部およびガス流入出枠と、燃料流路２０８と空気流路２０９とを分離するセパレータ部と、このセパレータ部を貫通するように設けられた、電解質部材２０３の燃料極２０４および空気極２０５に対応するように配置された電極とから構成されている。電解質部材２０３の燃料極２０４、空気極２０５が電気的に直列および／または並列に接続されるようにガスセパレータ２０６を介して多数積層して電池の最小単位である燃料電池スタックとし、この燃料電池スタックを、箱体に収納したものが一般的なＰＥＦＣ本体である。
【００１２】
ガスセパレータ２０６に形成された燃料流路２０８を通して燃料極２０４には改質器から水蒸気を含む燃料ガス（水素に富むガス）が供給され、また、空気極２０５には空気流路２０９を通して大気中から酸化剤ガスとして空気が供給され、電解質部材２０３での化学反応により発電される。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−２６６９１０号公報
【００１４】
【特許文献２】
特表２００１−５０７５０１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような高電圧，高容量の電池として従来より提案され開発されている燃料電池２０１は、スタック構造を有し構成要素が大面積化された大重量で大型の電池であり、小型電池としての燃料電池の利用は、従来はほとんど考えられていなかった。
【００１６】
すなわち、このような燃料電池２０１における従来のガスセパレータ２０６には、これを用いて電解質部材２０３を積層した積層体において、電解質部材２０３の側面が外部に露出していることによって、携帯時の落下等により損傷を受けやすく、燃料電池２０１全体の機械的信頼性を確保し難いという問題点があった。
【００１７】
また、携帯電子機器に燃料電池２０１を搭載するためには、従来の大型燃料とは異なった、コンパクト性，簡便性，安全性に優れる燃料電池用容器が必要になる。すなわち、汎用の化学電池のようなポータブル電源として適用するためには、作動温度までの温度上昇を短時間化するために、また熱容量を小さくするために、燃料電池用容器を小型化，低背化する必要があるが、従来の燃料電池２０１では熱容量の割合の大部分を占めるガスセパレータ２０６は、特にカーボン板の表面に切削加工で流路形成されるガスセパレータ２０６の場合など、薄肉化すると脆くなるため、数ｍｍの厚みが必要である。このため、小型化，低背化が困難であるという問題点もあった。
【００１８】
さらに、燃料電池２０１の出力電圧は、電解質部材２０３の表裏面の各電極２０４，２０５に供給されるガスの分圧によって決まる。すなわち、電解質部材２０３に供給された燃料ガスがガス流路２０８を進んで発電反応において消費されると、燃料極２０４の面上の燃料ガスの分圧が下がって出力電圧が下がる。これと同様に、空気も空気流路２０９を進んで消費されると、空気極２０５の面上の酸素の分圧が下がって出力電圧が下がる。従って、燃料ガスを均等に供給する必要があるが、従来の燃料電池２０１のガスセパレータ２０６は、特にカーボン板の表面に切削加工により流路を形成していることから、低背化したときには流路の溝が狭くなるため、流路抵抗が大きくなり、均一な燃料供給が困難であるという問題点もあった。
【００１９】
また、複数の電解質部材２０３とその対向する燃料極２０４，空気極２０５とガスセパレータ２０６との組み合わせが、任意に効率よく直列接続または並列接続されて、全体の出力電圧および出力電流が調整されるようにする必要があるが、従来の燃料電池２０１では電解質部材２０３を挟む燃料極および空気極から電気を取り出すためには、外部に引き出し接続する方法か、もしくはガスセパレータ２０６を導電性材料として重ね合わせ直列接続する方法しかなく、携帯電子機器に搭載して使用する際には、限られたスペースにおいて、電子機器の主となる電子回路を形成するためのマザーボード等へ接続するのが困難であるという問題点もあった。
【００２０】
また、上記従来の燃料電池２０１を用いた電子機器においては、電解質部材２０３で発生した電気を電子機器の主となる電子回路を形成するためのマザーボード等に取り出す集電板や、これと燃料電池を収納する容器との絶縁を行なうためのシリコンゴム等の絶縁材料や、これらガスセパレータ２０６、電解質部材２０３、集電板および絶縁材料を燃料電池容器に取着するためのネジおよび締め付け治具（図示せず）など部品点数が多く、小型化や低背化が困難であるという問題点があった。
【００２１】
全体の出力電圧および出力電流が調整されるようにする手法としては、電解質部材２０３とその対向する燃料極２０４，空気極２０５とガスセパレータ２０６との組み合わせを、複数個、同一平面上に配列するという手法が検討されている。しかし、このように同一平面上に配列した場合、従来多用されているスタック構造に比べて低背化には有効であるが、隣接する電解質部材２０３間の絶縁を確保するための絶縁部材が新たに必要となりさらに部品点数が増加するという不具合を誘発してしまう。また、流路加工は、機械加工やモールド成型にて行うため、隣接する燃料電池セル間をつなぐような平面方向への内層流路加工ができない、導電材料を使用しているため、ガスセパレータ２０６に電子部品等を搭載し、電気回路等の機能を集積することができない等の問題点もあった。
【００２２】
また、このような燃料電池を携帯電子機器に装着する際には、燃料電池に電子機器の主となる電子回路を形成するためのマザーボード等との接続用の端子を形成するとともに、携帯電子機器の側にも、その接続用の端子に対応した端子を設けておく必要があるが、その構造は携帯電子機器側の端子も燃料電池容器側の端子もともに比較的複雑な設計が必要である、という問題があった。さらに携帯電子機器の使用，携帯等の際の利便性の観点から燃料電池を着脱が自在なカートリッジタイプとする場合には、このような自在な着脱を可能とするような端子の工夫が必要になるため、より困難が生ずるという問題点があった。
【００２３】
さらに、燃料極側に供給される燃料は発電に伴い消費され、その濃度が低下すると発電効率も低下する。従って、燃料電池において発電効率を増加させるためには、空気極に酸素を強制的に流通させて供給する酸素供給機構および燃料極に燃料を強制的に流通させて供給する燃料供給機構が必要である。しかし、それら強制的な酸素および燃料の供給機構は嵩高くなるため、燃料電池全体も大きくなり、携帯用電子機器用の小型電源として用いるには、不適当であった。
【００２４】
本発明は以上のような従来の技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、燃料の均等供給，高効率な電気接続を行なうことができる信頼性のある燃料電池を用いた、小型，低背で、かつ高機能で安定して使用することが可能な電子機器を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電子機器は、電源として燃料電池を有している電子機器であって、燃料電池は、両側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する第１凹部を上側主面に、第２凹部を下側主面に有する多層セラミックスから成る基体と、基体の内部に第１および第２凹部の間からそれぞれの凹部の底面にかけて形成された第１流体流路と、電解質部材の第１電極に対向するように第１および第２凹部のそれぞれの底面に一端が配設され、他端が基体の外面に導出された第１配線導体と、基体の第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれ第１および第２凹部を覆って取着される、第１および第２凹部を気密に封止する第１および第２蓋体と、電解質部材の第２電極に対向するように第１および第２蓋体の第１および第２凹部側の主面からそれぞれの外面にかけて形成された第２流体流路と、電解質部材の第２電極に対向する第１および第２蓋体の第１および第２凹部側の主面に一端が配設され、他端がそれぞれの外面に導出された第２配線導体と、基体および蓋体の少なくとも一方に形成された外部接続用端子とを具備する燃料電池用容器を有しており、燃料電池用容器の第１および第２凹部に電解質部材を収容して、電解質部材の下側および上側主面を第１および第２流体流路との間でそれぞれ流体がやりとり可能なように配置するとともに、第１および第２配線導体を第１および第２電極にそれぞれ電気的に接続し、基体の第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれの凹部を覆って第１および第２蓋体を取着して成ることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の第２の電子機器は、基体は、第１および第２凹部が複数個形成されているとともに、一端が第１および第２凹部の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向し、かつ他端が第１および第２凹部の他の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向する第３配線導体が形成されていることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の第３の電子機器は、基体は、第１および第２凹部が複数個形成されているとともに、一端が第１および第２凹部の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向し、かつ他端が基体の第１および第２蓋体が取着される上面に導出された第４配線導体と、一端が第１および第２蓋体の下面で第１および第２凹部の他の１つの電解質部材の第２電極に対向し、かつ他端が第１および第２蓋体の基体の上面に取得される下面に第４配線導体の他端と対向するように導出された第５配線導体が形成されていることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の第４の電子機器は、基体は、電解質部材を複数個収容する第１および第２凹部が形成されているとともに、一端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の１つの第１電極に対向し、かつ他端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の他の１つの第１電極に対向する第６配線導体が形成されていることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の第５の電子機器は、基体は、電解質部材を複数個収容する第１および第２凹部が形成されているとともに、一端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の１つの第１電極に対向し、かつ他端が基体の第１および第２蓋体が取着される上面に導出された第７配線導体と、一端が第１および第２蓋体の下面で電解質部材の他の１つの第２電極に対向し、かつ他端が蓋体の基体の上面に取着される下面に第７配線導体の他端と対向するように導出された第８配線導体が形成されていることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の第１から第５の電子機器は、第１流体流路は、第１および第２凹部の底面における開口を対向させて配置されていることを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の第１から第５の電子機器は、第１配線導体および第２配線導体の少なくとも一方は、第１および第２凹部の底面の第１流体流路の開口の周辺または第１および第２蓋体の下面の第２流体流路の開口の周辺に、第１電極または第２電極に当接するように形成されていることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の第１から第５の電子機器は、基体は、内部回路が形成されていることを特徴とするものである。
【００３３】
また、本発明の第１から第５の電子機器は、基体は、その表面に内部回路に電気的に接続された電子部品が設けられていることを特徴とするものである。
【００３４】
また、本発明の第１から第５の電子機器は、第１および第２流体流路の少なくとも一方の途中に圧電ポンプが設けられていることを特徴とするものである。
【００３５】
本発明の第１から第５の電子機器によれば、両側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する第１凹部を上側主面に、第２凹部を下側主面に有する多層セラミックスから成る基体と、この基体の第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれ第１および第２凹部を覆って取着される、第１および第２凹部を気密に封止する第１および第２蓋体とを具備していることから、燃料電池用容器内を気密に封止することで、気体等の流体の漏れがなく、この容器の他にパッケージ等の容器を設ける必要がないので、効率良く作動させることができる、高機能かつ安定して使用することが可能な電子機器を得ることができるとともに、小型，低背化にも有効なものとなる。
【００３６】
また、基体の両側主面に複数の電解質部材を収容する第１および第２凹部を有する２層構造としたことから省スペース化を行なうことができる。さらにまた、第１および第２凹部をそれぞれ上側主面および下側主面に有する多層セラミックスから成る基体と、この第１および第２凹部をそれぞれ封止する第１および第２蓋体とで形成される箱体内に複数の電解質部材を収納して燃料電池とすることができるので、電解質部材が容器の外部に露出して損傷を受けたりすることがなく、燃料電池全体としての機械的信頼性が向上する。よって、燃料電池の保護部材が不要なため、小型，低背な電子機器を提供することができる。
【００３７】
また、第１および第２凹部ならびに第１および第２蓋体で構成される容器内部に一端が配設された第１および第２配線導体の他には電解質部材自体に無用な電気的接触をしないで済むので、信頼性および安全性の高い燃料電池を得ることができ、長期信頼性および安全性の高い電子機器を提供することができる。
【００３８】
また、このような燃料電池は、基体および蓋体の少なくとも一方に、外部接続用端子（正極端子および負極端子）を具備しているため、電子機器の回路基板に容易に電気的接続が可能となり、着脱が自在である。そのため、特殊な安全設備を備えた施設等によることなく、容易に燃料電池を新しいものと取り替えることができ、電子機器の利便性を高いものとすることができる。
【００３９】
さらに、燃料電池用容器の構成材料として多層セラミックスを用いたことにより、腐食性を考慮することなく各種のガスや液体を使用することができ、電力の供給効率の向上が容易である。また、多層セラミックスを形成する各層のセラミックスに、従来周知のメタライズ法により自在に配線導体を形成することができるため、燃料電池の電気配線が自由に可能であることから、複数セルの直列，並列接続が容易で、電子機器の小型、低背化、および軽量化を飛躍的に向上させることができる。すなわち、本発明の第２の電子機器によれば、基体に形成された、一端が第１および第２凹部の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向するとともに、他端が第１および第２凹部の他の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向する第３配線導体とを具備していることから、複数個の電解質部材を電気的に接続することでそれらを並列接続することが可能となる。その結果、燃料電池全体の出力電流の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができ、長期にわたって電流が安定した、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
【００４０】
また、本発明の第３の電子機器によれば、基体に形成された、一端が第１および第２凹部の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向し、かつ他端が基体の蓋体が取着される上面に導出された第４配線導体と、一端が蓋体の下面で第１および第２凹部の他の１つの電解質部材の第２電極に対向し、かつ他端が蓋体の基体の上面に取得される下面に第４配線導体の他端と対向するように導出された第５配線導体とを具備していることから、複数個の電解質部材を電気的に接続することでそれらを直列接続することが可能となる。その結果、一つ一つの電解質部材の発電では微小電圧であっても、直列接続により合計の電圧の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができ、長期にわたって電圧が安定した、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
【００４１】
また、本発明の第４の電子機器によれば、基体に形成された、一端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の１つの第１電極に対向するとともに、他端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の他の１つの第１電極に対向する第６配線導体とを具備していることから、複数個の電解質部材を電気的に接続することでそれらを並列接続することが可能となる。その結果、燃料電池全体の出力電流の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができ、長期にわたって電流が安定した、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
【００４２】
また、本発明の第５の電子機器によれば、基体に形成された、一端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の１つの第１電極に対向し、かつ他端が基体の蓋体が取着される上面に導出された第７配線導体と、一端が蓋体の下面で電解質部材の他の１つの第２電極に対向し、かつ他端が蓋体の基体の上面に取得される下面に第７配線導体の他端と対向するように導出された第８配線導体とを具備している燃料電池を用いたことから、このような燃料電池において、複数個の電解質部材を電気的に接続することでそれらを直列接続することが可能となる。その結果、一つ一つの電解質部材の発電では微小電圧であっても、直列接続により合計の電圧の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことが可能となり、長期にわたって電圧が安定した、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
【００４３】
また、このような燃料電池において、基体の内部に第１および第２凹部の間からそれぞれの凹部の底面にかけて形成された第１流体流路と、電解質部材の第２電極に対向するように第１および第２蓋体の第１および第２凹部側の主面からそれぞれの外面にかけて形成された第２流体流路とを具備していることから、それぞれの流体流路は、電解質部材を挟んで、それぞれ対向する内壁面に設けられているため、電解質部材へ供給される流体の均一供給性を向上させることができる。このような流体経路によれば、流体が電解質部材に対して垂直に流れるため、例えば、流体が水素ガス、または、メタノール水溶液等と空気（酸素）ガスとの場合に、電解質部材が下側および上側主面にそれぞれ有する第１および第２電極に供給される各ガス分圧が下がることはなく、所定の安定した出力電圧を得ることができるという効果がある。
【００４４】
さらに、供給される流体の圧力、例えばガス分圧が安定するため、燃料電池用容器の内部温度の分布が均一化され、その結果、電解質部材に生じる熱応力を抑制することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができるため、より信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【００４５】
さらに両側主面にそれぞれ電解質部材を収容する第１および第２凹部を設けて、それらを覆って取着される第１および第２蓋体にそれぞれ第１流体流路および第２流体流路を有した構造としたことから、燃料電池の体積出力密度の向上を行なうことができるものとなる。
【００４６】
さらにまた、それぞれの流体流路は基体と蓋体とに形成されるため、各流体流路の密閉性に優れ、本来は流路的に隔絶されるべき２種類の原料流体（例えば酸素ガスと水素ガスもしくはメタノール等）が混合してしまうことによって燃料電池としての機能が発現されなくなるようなことがなく、また、可燃性の流体が高温で混合された後に引火，爆発を起こす危険性もないので、安全な燃料電池を提供することができる。
【００４７】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１配線導体の他端同士をそれぞれ電気的に接続することによって、複数個の電解質部材を電気的に短距離の並列接続することができ、かつ低抵抗な配線で接続可能なものとなる。その結果、燃料電池全体の出力電流の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができる平面スタック構造の燃料電池を提供することができる。
【００４８】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１配線導体の他端と第２配線導体の他端とを電気的に接続するようにしたときには、複数個の電解質部材を電気的に短距離の直列接続することができ、かつ低抵抗な配線で接続可能なものとなる。その結果、一つ一つの電解質部材の発電では微小電圧であっても、直列接続により合計の電圧の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができる平面スタック構造の燃料電池を提供することができる。
【００４９】
また、基体の両側主面にそれぞれ電解質部材を収容し、基体ならびに第１および第２蓋体の内部に形成された第１および第２配線導体で接続可能な２層構造としたことから、配線長さを短くすることができるため低抵抗化を行なうことが可能となる。
【００５０】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、上記構成において、第１流体流路を、第１および第２凹部の底面における開口を対向させて配置されているものとしたときには、これら第１流体流路を第１および第２凹部の底面のほぼ全面にそれぞれ複数設けた場合であっても、それらを第１および第２凹部の間で容易に連結して燃料供給口が１箇所ですむものとすることができ、複雑な燃料供給システムを設ける必要がなくなるため、電解質部材への燃料供給が容易となるとともに省スペース化を行なうことができる。
【００５１】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１および第２凹部にそれぞれ電解質部材を収容して、電解質部材の下側および上側主面を第１および第２流体流路との間でそれぞれ流体がやりとり可能なように配置するとともに、第１および第２配線導体を第１および第２電極にそれぞれ電気的に接続するとともに外部接続用端子にそれぞれ電気的に接続し、基体の第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれの凹部を覆って第１および第２蓋体を取着して成ることから、以上のような本発明の燃料電池用容器による特長を備えた、小型，堅牢で、燃料の均等供給，高効率な電気接続を行なうことができる信頼性のある燃料電池を用いた、低背化、高機能化、高効率化が可能な電子機器を得ることができるとともに、複数個の電解質部材を並列接続することが可能となるため燃料電池全体の出力電流の調整ができ、あるいは複数個の電解質部材を直列接続することにより合計の電圧の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で電子機器の回路基板に取り出すことができる。
【００５２】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１配線導体および第２配線導体の少なくとも一方は、第１および第２凹部の底面の第１流体流路の開口の周辺または第１および第２蓋体の下面の第２流体流路の開口の周辺に、第１電極または第２電極に当接するように形成されたものとしたことにより、電解質部材の第１電極または第２電極の第１流体流路または第２流体流路の開口を除く部位の全域と、第１配線導体または第２配線導体とを直接接触させて電気的に接続することができる。そのため、電解質部材の第１電極と第１配線導体との接触面積および第２電極と第２配線導体との接触面積が大きくとれるとともに直接に接続することができ、電気抵抗の増大化および接触不良を有効に抑えることができるので、高い発電効率を有した電子機器を提供することができる。
【００５３】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、基体が多層セラミックスから成るため、内部に位置するセラミック層の表面にメタライズ法等により金属層を種々の形状，電気特性で形成することができるので、基体の内部に、抵抗やキャパシタンスやインダクタンス等として機能する電子回路素子を形成することができる。従って、例えば、燃料電池に平行して、大容量のキャパシタを形成することで、燃料電池から出力される電流が不足する状態となった場合、不足する電流分が補填されて目標出力電流に応じた電流供給を確保することが可能である。また、昇圧回路を形成することができるため、電子機器に必要な電圧を確保することが可能である。
【００５４】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、基体に内部回路が形成されていることから、基体表面において内部回路に電気的に接続された電子部品を搭載することができる。従って、基体表面に搭載した電子部品によって電子機器の機能性を向上させることができる。
【００５５】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、基体の表面に内部回路に電気的に接続された電子部品が設けられているため、電子部品として、例えばセンサーや制御ＩＣ等を用いて、濃度センサーで流体流路内の燃料の濃度を検知することにより、最適な循環や燃料の希釈、燃料の利用効率の低下を抑制することが可能となる。
【００５６】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１および第２流体流路の少なくとも一方の途中に圧電ポンプが設けられているために、流体流路に取り付けられた小型の圧電ポンプが、燃料の逆流を防ぎ、その結果反応物質等による未使用燃料の汚染を防ぐことができ、また、滞留していた空気は排出されることから、電子機器の動作に滞留した空気が悪影響を与えることを避けることができる。さらに、燃料が一定に供給され、その結果安定した発電が行われるとともに、燃料供給が円滑に行われるので起動時間を速くすることが可能である。これにより、例えば、燃料電池や燃料カートリッジを新しいものに取り替えた後や燃料を補充した後でも、すぐに電子機器を使用することが可能となり、従来の化学電池等を用いた電子機器と比べても遜色の無い利便性を有する電子機器を提供することができる。
【００５７】
以上のことから、本発明の電子機器によれば、コンパクト性，簡便性，安全性に優れ、流体の均等供給，高効率な電気接続を可能とした燃料電池を用いることにより、小型，低背で、かつ長期にわたり安定して作動させることができ、さらに安全性や利便性に優れた電子機器を提供することができる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００５９】
図１は、本発明の第１の電子機器に組み込まれる燃料電池について、実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は燃料電池、２は燃料電池用容器、３は電解質部材、４は第１電極、５は第２電極、６は基体、７は蓋体（第１および第２蓋体）、８は第１流体流路、９は第２流体流路、１０は第１配線導体、１１は第２配線導体、１２は外部接続用端子である。なお、この電子機器は、携帯電話，ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ），デジタルカメラ等である。その具体例については後述する。
【００６０】
電解質部材３は、例えば、イオン導電膜（交換膜）の両主面上に、下側主面に形成された第１電極４および上側主面に形成された第２電極５にそれぞれ対向するように、アノード側電極となる燃料極（図示せず）と、カソード側電極となる空気極（図示せず）とが一体的に形成されている。そして、電解質部材３で発電された電流を第１電極，第２電極４，５へ流し、外部へ取り出すことができるものとなっている。
【００６１】
このような電解質部材３のイオン導電膜（交換膜）は、パーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、例えば、ナフィオン（商品名、デュポン社製）等のプロトン伝導性のイオン交換樹脂により構成されている。また、燃料極および空気極は、多孔質状態のガス拡散電極であり、多孔質触媒層とガス拡散層の両方の機能を兼ね備えるものである。これらの燃料極および空気極は、白金，パラジウムあるいはこれらの合金等の触媒を担持した導電性微粒子、例えば、カーボン微粒子をポリテトラフルオロエチレンのような疎水性樹脂結合剤により保持した多孔質体によって構成されている。
【００６２】
電解質部材３の下側主面の第１電極４および上側主面の第２電極５は、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子の付いた炭素電極を電解質部材３上にホットプレスする方法、または、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子の付いた炭素電極材料と電解質材料を分散した溶液との混合物を電解質上に塗布または転写する方法等により形成される。
【００６３】
燃料電池用容器２は、上側主面に第１凹部および下側主面に第２凹部を有する基体６と、これら第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれ第１および第２凹部を覆うように取着される第１および第２蓋体７とから成り、電解質部材３を第１および第２凹部それぞれの内部に搭載して気密に封止する役割を持ち、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料で形成されている。
【００６４】
燃料電池用容器２は、第１および第２凹部を有する基体６と第１および第２蓋体７とから成り、基体６の第１および第２凹部の周囲にそれぞれ第１および第２凹部を覆って第１および第２蓋体７を取着することによって第１および第２凹部を気密に封止するため、半田や銀ろう等の金属接合材料での接合、エポキシ等の樹脂材料での接合、凹部の周囲の上面に鉄合金等で作られたシールリング等を接合してシームウェルドやエレクトロンビームやレーザ等で溶接する方法等によって、第１および第２蓋体７が基体６に取着される。なお、第１および第２蓋体７にも基体６と同様の凹部を形成しておいてもよい。
【００６５】
基体６および第１および第２蓋体７は、それぞれ厚みを薄くし、燃料電池１の低背化を可能とするためには、機械的強度である曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００６６】
基体６および第１および第２蓋体７は、例えば相対密度が９５％以上の緻密質からなる酸化アルミニウム質焼結体で形成されていることが好ましい。その場合であれば、例えば、酸化アルミニウム質焼結体の場合であれば、まず酸化アルミニウム粉末に希土類酸化物粉末や焼結助剤を添加，混合して、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末を調整する。次いで、この酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末に有機バインダおよび分散媒を添加，混合してペースト化し、このペーストからドクターブレード法によって、あるいは原料粉末に有機バインダを加え、プレス成形，圧延成形等によって、所定の厚みのグリーンシートを作製する。そして、このグリーンシートに対して、金型による打ち抜き，マイクロドリル，レーザ等により、第１流体流路８および第２流体流路９としての貫通孔、ならびに第１配線導体１０および第２配線導体１１を配設するための貫通孔を形成する。第１流体流路８および第２流体流路９は、金型による打ち抜き，プレス成形等により形成された、表層および内層に有する溝であってもよい。
【００６７】
セラミックス材料に酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合には、第１配線導体１０および第２配線導体１１は、酸化を防ぐために、タングステンおよび／またはモリブデンで形成されているのが好ましい。その場合であれば、例えば、無機成分としてタングステンおよび／またはモリブデン粉末１００質量部に対して、Ａｌ２Ｏ３を３〜２０質量部，Ｎｂ２Ｏ５を０．５〜５質量部の割合で添加してなる導体ペーストを調製する。この導体ペーストをグリーンシートの貫通孔内に充填して、貫通導体としてのビア導体を形成する。
【００６８】
これらの導体ペースト中には、基体６や第１および第２蓋体７のセラミックスとの密着性を高めるために、酸化アルミニウム粉末や基体６や第１および第２蓋体７を形成するセラミックス成分と同一の組成物粉末を、例えば０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００６９】
なお、基体６や第１および第２蓋体７の表層および内層への第１配線導体１０および第２配線導体１１の形成は、貫通孔へ導体ペーストを充填してビア導体を形成する前後あるいはそれと同時に、同様の導体ペーストをグリーンシートに対しスクリーン印刷，グラビア印刷等の方法で所定パターンに印刷塗布して形成する。
【００７０】
その後、導体ペーストを印刷し充填した所定枚数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、例えば非酸化性雰囲気中にて、焼成最高温度が１２００〜１５００℃の温度で焼成して、目的とするセラミックスの基体６や第１および第２蓋体７ならびに第１配線導体１０，第２配線導体１１を得る。
【００７１】
また、基体６や第１および第２蓋体７の少なくとも一方に、半田やロウ付け等により外部接続用端子１２が接合される。外部接続用端子１２は、電子機器の主となる電子回路を形成するためのマザーボード等と良好な電気接続が行なえる形状であることが望ましい。このような形状としては、例えば、電子機器の主となる電子回路に端子同士を接触や挿入することにより簡単に電気的，機械的に接続することができるような棒状、鉤状、円錐状等のものが用いられる。なお、電子機器の主となる電子回路のうち、このような外部接続用端子１２が接続される部位には、この外部接続用端子に対応した勘合部（穴など）を設けておくことが好ましい。さらに、外部接続用端子１２を基体６や第１および第２蓋体７の側面に配置することで、電子機器の低背化を行なうことができる。
【００７２】
また、セラミックスから成る基体６や第１および第２蓋体７は、その厚みを０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。厚みが０．２ｍｍ未満では、強度が被覆しがちなため、基体６や第１および第２蓋体７を取着したときに発生する応力により、基体６や第１および第２蓋体７に割れ等が発生しやすくなる傾向がある。他方、厚みが５ｍｍを超えると、低背化，低背化が困難となるため、小型携帯機器に搭載する燃料電池としては使用し難くなり、また、熱容量が大きくなるため、電解質部材３の電気化学反応条件に相当する適切な温度にすばやく設定することが困難となる傾向がある。
【００７３】
第１配線導体１０および第２配線導体１１は、それぞれ電解質部材３の第１電極４および第２電極５に電気的に接続されて、電解質部材３で発電された電流を燃料電池用容器２の外部へ取り出すための導電路として機能する。
【００７４】
第１配線導体１０は、基体６の両側主面の第１および第２凹部のそれぞれの底面の電解質部材３の第１電極４に対向する部位に一端が配設され、他端が基体６の外面に導出されて形成されている。このような第１配線導体１０は、前述のように基体６と一体的に形成されている。また、第１配線導体１０は、その両端を第１電極４に接触させやすいように基体６の第１および第２凹部のそれぞれの底面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、印刷条件を厚くするように設定すればよい。
【００７５】
また、第１配線導体１０は第１電極４に対向させて複数配置し、第１配線導体１０による電気損失を減少させることが望ましく、第１配線導体１０の基体６の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００７６】
また、第２配線導体１１は、第１および第２蓋体７のそれぞれ電解質部材３の第２電極５に対向する部位に一端が配設され、他端がそれぞれの蓋体７の外面に導出されて形成されている。このような第２配線導体１１も、第１配線導体１０と同様に、第１および第２蓋体７と一体的に形成されている。また、第２配線導体１１は、その両端を第２電極５に接触させやすいように第１および第２蓋体７のそれぞれの第２電極５側の主面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、印刷条件を厚くするように設定すればよい。
【００７７】
また、第２配線導体１１は第２電極５に対向させて複数配置し、第２配線導体１１による電気損失を減少させることが望ましく、第２配線導体１１の第１および第２蓋体７の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００７８】
これら第１配線導体１０、第２配線導体１１および外部接続用端子１２には、その露出する表面に良導電性で、かつ、耐蝕性およびロウ材との濡れ性が良好なニッケル、銅、金、白金およびパラジウム等の金属をメッキ法により被着させておくと、第１配線導体１０および第２配線導体１１と、第１配線導体１０、第２配線導体１１および外部接続用端子１２ならびに電子機器の主となる電子回路を形成するためのマザーボード等との電気的接続を良好とすることができる。
【００７９】
そして、これら第１および第２配線導体１０，１１と第１および第２電極４，５との電気的な接続は、基体６と第１および第２蓋体７とで電解質部材３を挟み込むように収容することによって、第１および第２配線導体１０，１１と第１および第２電極４，５とを圧着接触させて電気的接続させる等の構成によって行なえばよい。
【００８０】
また、基体６の内部には、第１および第２凹部の間からそれぞれの凹部の底面にかけて、それぞれ第１および第２凹部の底面における開口を対向させるようにして配置された、第１流体流路８が形成されている。これら第１流体流路８は、基体６に形成した貫通孔あるいは溝によって、燃料ガス例えば水素に富む改質ガスの、あるいは酸化剤ガス例えば空気等の、電解質部材３へ供給される流体の通路として、あるいは反応で生成される水等の、反応後に電解質部材３から排出される流体の通路として設けられている。
【００８１】
また、第２電極５に対向する第１および第２蓋体７のそれぞれの主面には、第２流体流路９が配置されており、第２流体流路９は第１および第２蓋体７のそれぞれの外面にかけて形成されている。第２流体流路９は、第１および第２蓋体７に形成した貫通孔あるいは溝によって、第１流体流路８と同様の流体の通路として設けられている。
【００８２】
第１流体流路８および第２流体流路９として基体６および第１および第２蓋体７に形成される貫通孔あるいは溝は、電解質部材３に均等に燃料ガスや酸化剤ガス等の流体が供給されるように、燃料電池１の仕様に応じて、貫通孔の径や数、あるいは溝の幅，深さ，配置を決めればよい。
【００８３】
燃料電池用容器２および燃料電池１においては、第１流体流路８および第２流体流路９は、好適には、電解質部材３に均一な圧力で流体を流すため、φ０．１ｍｍ以上の穴径とし、間隔を一定にして配置するようにするとよい。
【００８４】
このように電解質部材３の第１電極４が形成された側の主面に対向させて第１流体流路８を、第２電極５が形成された側の主面に対向させて第２流体流路９を形成したことによって、電解質部材３の下側および上側主面と第１および第２流体流路８，９との間で流体がやりとり可能となり、その流体がそれぞれの流路を通して供給あるいは排出されることとなる。そして、例えば流体としてガスを供給する場合であれば、電解質部材３の第１電極４および第２電極５にそれぞれ供給されるガス分圧が下がることをなくすことができ、所定の安定した出力電圧を得ることができる。さらに、供給されるガス分圧が安定するため、燃料電池１の内部圧力が均一化され、その結果、電解質部材３に生じる熱応力を抑制することができるので、燃料電池１の信頼性を向上させることができる。
【００８５】
以上の構成により、図１に示すような、電解質部材３を収納可能な、小型で堅牢な燃料電池用容器２が得られ、高効率制御が可能な本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池１が得られる。
【００８６】
次に、図２は本発明の第１の電子機器に組み込まれる燃料電池について実施の形態の他の例を示す断面図である。図２において図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１’は燃料電池、２’は燃料電池用容器、３は電解質部材、４は第１電極、５は第２電極、６は基体、７’は第１蓋体、７”は第２蓋体、８は第１流体流路、９は第２流体流路、１０’および１０”は第１配線導体、１１および１１’は第２配線導体である。
【００８７】
図２に示す例においては、第１配線導体１０’は、基体６の上側主面の第１凹部の底面で電解質部材３の第１電極４に対向する部位に一端が配設され、他端が基体６の下側主面に、第２蓋体７”の外面に導出された第２配線導体１１’の他端に対向して電気的に接続されるように導出されている。また、第１配線導体１０”は、基体６の下側主面の第２凹部の底面で電解質部材３の第１電極４に対向する部位に一端が配設され、他端が基体６の外面、ここでは側面に導出されている。
【００８８】
第１配線導体１０’，１０”は、基体６と一体的に形成され、その一端を第１電極４に接触させやすいように基体６の第１および第２凹部のそれぞれの底面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、塗布厚みを厚くするように印刷条件を設定すればよい。また、第１配線導体１０’，１０”は第１電極４に対向させて複数配置し、第１配線導体１０’，１０”による電気損失を減少させることが望ましく、第１配線導体１０’，１０”の基体６の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００８９】
図１および図２に示すように、燃料電池用容器２，２’および燃料電池１，１’によれば、基体６の両側主面の第１および第２凹部のそれぞれに電解質部材３を収容するとともに、複数の電解質部材３の第１電極４の間、または第１電極４と第２電極５との間を第１配線導体１０，１０’，１０”および第２配線導体１１，１１’によって電気的に接続し、回路的に両端となる位置に配置された電解質部材３から全体としての出力を取り出すようにそれぞれの配線導体を電気的に接続することで、３次元的に自由に配線ができるため、複数個の電解質部材３を任意に直列接続または並列接続することが可能となる。その結果、全体の出力電圧および出力電流を効率よく調整することが可能となるため、複数個の電解質部材３にて電気化学的に生成された電気を良好に外部に取り出すことができる燃料電池となる。
【００９０】
次に図３から図６は、本発明の第２から第５の電子機器に組み込まれる燃料電池について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【００９１】
これらの図において、２１、３１、４１、５１は燃料電池、２２、３２、４２、５２は燃料電池用容器、３は電解質部材、４は第１電極、５は第２電極、６は基体、７は蓋体、８は第１流体流路、９は第２流体流路、１０は第１配線導体、１１は第２配線導体、１２は外部接続用端子、１３は第３配線導体、１４は第４配線導体、１５は第５配線導体、１６は第６配線導体、１７は第７配線導体、１８は第８配線導体である。
【００９２】
なお、図３から図６において、符号の３から１２については図１と同一部位を示す。
【００９３】
図３の第３配線導体１３は、基体６の複数個の第１および第２凹部の１つの底面の電解質部材３の第１電極４に対向する部位に一端が配設され、他端が第１および第２凹部の他の１つの底面で他の電解質部材３の第１電極４に対向する部位に配設されて基体６と一体的に形成されている。また、第３配線導体１３は、その両端を第１電極４に接触させやすいように基体６の第１および第２凹部の底面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、塗布厚みを厚くするように印刷条件を設定すればよい。また、第３配線導体１３は第１電極４に対向させて複数配置し、第３配線導体１３による電気損失を減少させることが望ましく、第３配線導体１３の基体６の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００９４】
図４の第４配線導体１４は、基体６の複数個の第１および第２凹部の１つの底面で電解質部材３の第１電極４に対向する部位に一端が配設され、他端が基体６の上面の蓋体７が取着される部位に導出されている。また、第５配線導体１５は、蓋体７の下面の、第１および第２凹部の他の１つの電解質部材３の第２電極５に対向する部位に一端が配設され、他端が第１および第２蓋体７の下面の基体６の上面に取着される部位に第４配線導体１４の他端と対向するように導出されて形成されている。
【００９５】
このような第４配線導体１４は、第３配線導体１３と同様に、基体６と一体的に形成され、その一端を第１電極４に接触させやすいように基体６の、第１および第２凹部の底面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、塗布厚みを厚くするように印刷条件を設定すればよい。また、第４配線導体１４は第１電極４に対向させて複数配置し、第４配線導体１４による電気損失を減少させることが望ましく、第４配線導体１４の基体６の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００９６】
また、第５配線導体１５も、第２配線導体１１と同様に、第１および第２蓋体７と一体的に形成され、その一端を第２電極５に接触させやすいように第１および第２蓋体７の下面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、塗布厚みを厚くするように印刷条件を設定すればよい。また、第５配線導体１５も第２電極５に対向させて複数配置し、第５配線導体１５による電気損失を減少させることが望ましく、第５配線導体１５の蓋体７の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００９７】
図５の第６配線導体１６は、基体６の第１および第２凹部の底面の電解質部材３の１つの第１電極４に対向する部位に一端が配設され、他端が同じ第１および第２凹部の底面で電解質部材３の他の１つの第１電極４に対向する部位に配設されて基体６と一体的に形成されている。
【００９８】
第６配線導体１６は、その両端を第１電極４に接触させやすいように基体６の第１および第２凹部の底面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、塗布厚みを厚くするように印刷条件を設定すればよい。また、第３配線導体１３は第１電極４に対向させて複数配置し、第６配線導体１６による電気損失を減少させることが望ましく、第６配線導体１６の基体６の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００９９】
図６の第７配線導体１７は、基体６の第１および第２凹部の底面で複数個の電解質部材３の１つの第１電極４に対向する部位に一端が配設され、他端が基体６の上面の蓋体７が取着される部位に導出されている。また、第８配線導体１８は、第１および第２蓋体７の下面の複数個の電解質部材３の他の１つの第２電極５に対向する部位に一端が配設され、他端が第１および第２蓋体７の下面の基体６の上面に取着される部位に第７配線導体１７の他端と対向するように導出されて形成されている。
【０１００】
このような第７配線導体１７は、第３配線導体１３と同様に、基体６と一体的に形成され、その一端を第１電極４に接触させやすいように基体６の凹部の底面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、塗布厚みを厚くするように印刷条件を設定すればよい。また、第７配線導体１７は第１電極４に対向させて複数配置し、第７配線導体１７による電気損失を減少させることが望ましく、第７配線導体１７の基体６の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【０１０１】
また、第８配線導体１８も、第２配線導体１１と同様に、蓋体７と一体的に形成され、その一端を第２電極５に接触させやすいように第１および第２蓋体７の下面より１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、塗布厚みを厚くするように印刷条件を設定すればよい。また、第８配線導体１８も第２電極５に対向させて複数配置し、第８配線導体１８による電気損失を減少させることが望ましく、第８配線導体１８の第１および第２蓋体７の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【０１０２】
図３、図４に示すように、本発明の第２、第３の電子機器に組み込まれる燃料電池用容器２２，３２ならびに第２、第３の燃料電池２１，３１によれば、複数個の第１および第２凹部を有する基体６の第１および第２凹部のそれぞれに電解質部材３を収容するとともに、隣接する第１および第２凹部の端部間にわたって第３配線導体１３、または第４配線導体１４および第５配線導体１５を配設し、複数の電解質部材３の第１電極４の間、または第１電極４と第２電極５との間を電気的に接続し、両端となる位置に配置された電解質部材３に全体としての出力を取り出すように第１配線導体１０および第２配線導体１１をそれぞれに電気的に接続することで、第１〜第３配線導体１０，１１，１３により、ならびに第１，第２，第４および第５配線導体１０，１１，１４，１５により３次元的に自由に配線ができるため、複数個の電解質部材３を任意に直列接続または並列接続することが可能となる。その結果、全体の出力電圧および出力電流を効率よく調整することが可能となるため、複数個の電解質部材３にて電気化学的に生成された電気を良好に外部に取り出すことができる燃料電池となる。
【０１０３】
図５、図６に示すように、本発明の第４、第５の電子機器に組み込まれる燃料電池用容器４２，５２ならびに第４、第５の燃料電池４１，５１によれば、基体６の第１および第２凹部に複数個の電解質部材３を収容するとともに、第６配線導体１６、または第７配線導体１７および第８配線導体１８を配設し、複数の電解質部材３の第１電極４の間、または第１電極４と第２電極５との間を電気的に接続し、両端となる位置に配置された電解質部材３に全体としての出力を取り出すように第１配線導体１０および第２配線導体１１をそれぞれに電気的に接続することで、第１，第２，第６配線導体１０，１１，１６ならびに第１，第２，第７および第８配線導体１０，１１，１７，１８により３次元的に自由に配線ができるため、複数個の電解質部材３を任意に直列接続または並列接続することが可能となる。その結果、全体の出力電圧および出力電流を効率よく調整することが可能となるため、複数個の電解質部材３にて電気化学的に生成された電気を良好に外部に取り出すことができる燃料電池となる。
【０１０４】
本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更を行なっても何ら差し支えない。例えば、第１流体流路８や第２流体流路９については、燃料電池全体を低背化するため、基体６または蓋体７の側面からの流入口を設けるようにしてもよい。これによれば、特に携帯電子機器用として小型化を行なう上で有効となる。さらに、第１および第２配線導体１０，１１については、基体６および蓋体７の外面に導出される他端を、それぞれ同じ側の側面に引き出すように配設し、外部接続用端子１２を集約してもよい。これによれば、燃料電池の一方側面に配線や流路等をまとめることができ、小型化と外部への接合部の保護とが容易となり、信頼性の高い設計が可能となるとともに、長期間安定した作動が可能な燃料電池となる。
【０１０５】
次に、上記の燃料電池を電源として有する本発明の電子機器について説明する。
【０１０６】
本発明の電子機器は電源として上記のような燃料電池を有していることから、以下に述べるような種々の効果を有する、小型，低背で、かつ長期にわたり安定して作動させることができ、さらに安全性や利便性に優れたものである。
【０１０７】
本発明の電子機器によれば、電源である燃料電池において、外部接続端子１２（正極端子および負極端子）の部分は、電子機器の回路基板に容易に電気的接続が可能となり着脱が自在なため、例えば、新しい燃料電池との交換が非常に容易であり、利便性が非常に高いものとなっている。
【０１０８】
また、多層セラミックを用いた基体６で構成された燃料電池および燃料電池容器を電源として使用しているため、燃料電池の電気配線が自由に可能であることから、複数の電解質部材の直列接続が容易で、電子機器の小型、低背型、および軽量化された電子機器とすることができる。
【０１０９】
さらに、基体６が多層セラミックスから成るため、基体６の内部に、抵抗やキャパシタンスやインダクタンスを形成することができる。
【０１１０】
このように、基体６の内部に、例えば、燃料電池に平行して、大容量のキャパシタンスを形成することで、燃料電池から出力される電流が不足する状態となった場合、不足する電流分が補填されて目標出力電流に応じた電流供給を確保することが可能となる。また、同様に、抵抗、キャパシタンスおよびインダクタンスを用いて、昇圧回路を形成することができるため、電子機器に必要な電圧を確保することが可能となる。
【０１１１】
なお、このように基体６の内部に、抵抗やキャパシタンスやインダクタンスを形成する場合には、基体６はガラスセラミックス焼結体から成ることが好ましい。
【０１１２】
例えば、ガラスセラミックス焼結体はガラス成分とフィラー成分とから成るが、ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【０１１３】
また、フィラー成分としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【０１１４】
また、これらガラスとフィラーとの混合割合は質量比で４０：６０〜９９：１であるのが好ましい。
【０１１５】
ガラスセラミックグリーンシートに配合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【０１１６】
ガラスセラミックグリーンシートは、上記ガラス粉末，フィラー粉末，有機バインダに必要に応じて所定量の可塑剤，溶剤（有機溶剤，水等）を加えてスラリーを得て、これをドクターブレード，圧延，カレンダーロール，金型プレス等により厚さ約５０〜５００μｍに成形することによって得られる。
【０１１７】
ガラスセラミックグリーンシートの表面に導体パターンを形成するには、例えば導体材料粉末をペースト化したものをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等の方法が挙げられる。導体材料としては、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔ等の１種または２種以上が挙げられ、２種以上の場合は混合，合金，コーティング等のいずれの形態であってもよい。
【０１１８】
また、高容量なキャパシタンスを形成する場合には、例えば、チタン酸バリウム等の誘電率が高い無機物粉末から成る層（以下、チタン酸バリウム層という）をガラスセラミックから成る基体の内部に形成する。この場合には、まず、セラミック粉末およびガラス粉末を含有するスラリーを成形して複数のグリーンシートを得て、次に、このグリーンシート上に下部電極層となる金属ペーストを印刷し、次に、この下部電極層上にスクリーン印刷にてチタン酸バリウム等から成る誘電体ペーストを印刷して誘電体層を形成し、さらにこの誘電体層上に金属ペーストを印刷して上部電極層を形成し、これらのグリーンシートを積層し、この積層体を焼成することで製作される。
【０１１９】
また、抵抗を基体内部に形成する場合には、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２、ＲｈＯ２、ＳｎＯ２およびＬａＢ６等を主成分とする抵抗体ペーストを第１配線導体１０および第２配線導体１１と同様の方法によって、グリーンシートに対しスクリーン印刷，グラビア印刷等の方法で所定パターンに印刷塗布することによって形成することができる。
【０１２０】
また、燃料電池１の基体６に内部回路が形成されているのがよい。これにより、基体６表面において内部回路に電気的に接続された電子部品を搭載することができる。従って、基体６表面に搭載した電子部品によって電子機器の機能性を向上させることができる。
【０１２１】
また、燃料電池１の基体６の表面に内部回路に電気的に接続された電子部品が設けられているのがよい。これにより、電子部品として、例えばセンサーや制御ＩＣ等を用いて、濃度センサーで流体流路内の燃料の濃度を検知することにより、最適な循環や燃料の希釈、燃料の利用効率の低下を抑制することが可能となる。
【０１２２】
また、燃料電池１において、第１および第２流体流路８，９の少なくとも一方の途中に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；組成式：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）などの圧電材料を用いた圧電ポンプ、いわゆるマイクロポンプが設けられているのがよい。これにより、小型の圧電ポンプが、燃料の逆流を防ぎ、その結果反応物質等による未使用燃料の汚染を防ぐことができ、また、滞留していた空気は排出されることから、電子機器の動作に滞留した空気が悪影響を与えることを避けることができる。さらに、燃料が一定に供給され、その結果安定した発電が行われるとともに、燃料供給が円滑に行われるので起動時間が速くなる。
【０１２３】
圧電ポンプは、流入部、体積可変部および流出部により構成されている。そして、体積可変部は、例えば、第一および第二の流体流路８，９の外側に圧電材料を設けることにより作製でき、印加された電圧に応じて圧電材料が伸縮するのを利用して第一および第二の流体流路８，９の上方の部位を振動させることができる。これにより、第一および第二の流体流路８，９の体積を可変させることができ、ポンプとして機能することができる。
【０１２４】
また、流入部および流出部は、体積可変部に接続された第一および第二の流体流路８，９からなり、体積可変部に燃料を流入および流出させるためのものである。好ましくは、流出部の断面積は流入部の断面積よりも大きくなっているのがよい。これにより、流出部の燃料の圧力が小さくなり、体積可変部をポンプとして機能させたときに、圧力の小さな流出部側に燃料が流れ、一定の方向に良好に燃料を送ることができる。なお、流入部および流出部には燃料の逆流を防止する逆流防止弁が設けられていてもよい。
【０１２５】
このような、圧電ポンプは、圧電材料として有機系のものや無機系のものが用いられ、この圧電材料を、基体６や蓋体７となるセラミックグリーンシートを焼成した後に貼り付けするか、また、ＰＺＴのようなセラミック圧電材料を用いる場合には、セラミックグリーンシートの所定の位置にセラミック圧電材料を取り付けた後、同時に焼成することによって作製できる。
【０１２６】
また、燃料電池１は、容器内部に一端が配設された第１および第２配線導体１０，１１の他には電解質部材３自体に無用な電気的接触をしないで済むので、信頼性および安全性の高いものであることから、信頼性および安全性に優れる。
【０１２７】
以上のことから、本発明の電子機器によれば、コンパクト性，簡便性，安全性に優れ、流体の均等供給，高効率な電気接続により、長期にわたり安定して作動させることができる電子機器を提供することができる。
【０１２８】
そして、本発明の電子機器としては、具体的には携帯電話，ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ），デジタルカメラやビデオカメラ，ゲーム機などの玩具等の携帯型電子機器、また、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）をはじめとするポータブルなプリンター，ファクス，テレビ，通信機器，オーディオビデオ機器，扇風機等の各種家電製品，電動工具等の電子機器がある。
【０１２９】
これらの電子機器は、近年、液晶表示装置等を用いた動画表示の機能を付加したものが使用されるようになってきている。このような動画表示は電源の消費が非常に大きいことから、従来の蓄電池を用いた電子機器では短時間で動作不能となるのに対し、本発明の電子機器は非常に長時間の電源を供給できる燃料電池を搭載しており、動画表示を行なっても長時間の動作が可能となる。
【０１３０】
本発明の電子機器として、例えば携帯電話の場合、図７に示すブロック図のように、中央処理装置（ＣＰＵ）１１１と、制御部１１２と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１１３と、リードオンメモリ（ＲＯＭ）１１４と、使用者により操作されたデータをＣＰＵ１１１に入力する入力部１１５と、アンテナ１１６と、アンテナ１１６で受信された信号を復調して制御部１１２に供給すると共に、制御部１１２から供給された信号を変調してアンテナ１１６より送信させる無線部１１７と、制御部１１２からの鳴動信号に基づき鳴音するスピーカ１１８と、制御部１１２からの制御により点灯、消灯あるいは点滅する発光ダイオード（ＬＥＤ）１１９と、制御部１１２から信号により情報の表示を行なう表示部１２０と、制御部１１２からの駆動信号により振動するバイブレータ１２１と、使用者の音声を音声信号に変換して制御部１１２へ伝達し、制御部１１２からの音声信号は音声に変換して出力する送受話部１２２と、各部に電源を供給する電源部１２３とから構成されており、その電源部１２３に本発明の燃料電池および燃料電池容器が組み込まれる。
【０１３１】
この場合、燃料電池および燃料電池容器が、コンパクト性、簡便性および安全性に優れ、燃料の均等供給および高効率な電気接続による長時間の電源供給が可能となることから、携帯電話の小型、低背化および軽量化が可能となる。
【０１３２】
また、近時の携帯電話が小型化、低背化の面では十分であることを考慮すると、このように燃料電池を小型、低背化することよって生じたスペースに、例えば、カメラやビデオ等の電話機能以外の機能を有する電子部品を新たに組み込むことが可能となり、更なる多機能化を行なうことができる。
【０１３３】
また、新たに電子部品を組み込む替わりに、衝撃吸収材や防止部材等を主要な電子回路を保護するようにして設けることもできる。この場合、落下等により携帯電話本体に衝撃が加わった際の耐衝撃性や、雨中での使用等の際の防水性などを従来よりも強固にし得る構造とすることもできる。
【０１３４】
また、携帯電話本体内部の電気回路部を小さくすることが可能となることによって、携帯電話本体の外形への制約が少なくなり、例えば、携帯電話を老人や子供にとって握りやすい形状とすること等の意匠性に優れた外形状を形成することが可能となる。
【０１３５】
また、電源部１２３の構造を上述のように燃料電池および燃料電池容器が着脱自在となる構造とした場合には、予備の燃料電池および燃料電池容器を準備しておけば、電池切れ等が発生した場合に容易に予備の燃料電池および燃料電池に交換、あるいは、燃料電池を取り出して、燃料の補給や交換をすることができるので、継続して通話等を行うことができ、従来の蓄電池を電源として使用するもの等に比べて利便性に優れるものとなる。
【０１３６】
また、交換された（使用済みの）燃料電池は、燃料を補給することによりすぐに再利用できるので、充電に比べて使い勝手がよく、また資源を有効利用することも可能なものとなる。また、自然災害等による長期にわたる停電等の緊急時や屋外においても使用が可能となるという利点がある。
【０１３７】
また、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）の場合、パーソナルコンピュータ本体と、パーソナルコンピュータ本体に所定のデータを入力するためのキーボードとを納めた第１の筐体と、キーボードにより入力されたデータあるいはパーソナルコンピュータ本体により処理されたデータを表示するためのディスプレイを納めた第２の筐体とを備え、第２の筐体が第１の筐体に開閉可能に取り付けられており、さらに各部に電源を供給する電源部を第１の筐体に構成するという基本構成から成り、その電源部に燃料電池および燃料電池容器が組み込まれる。この場合、前述の携帯電話と同様に、本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池および燃料電池容器が、コンパクト性、簡便性および安全性に優れ、燃料の均等供給および高効率な電気接続による長時間の電源供給が可能となることから、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）本体の小型、低背化、軽量化および多機能化が可能となるとともに、ディスプレイの大型化や高解像度化に対応して、大きな電流を安定して、長期にわたって供給することも可能で、ディスプレイが見やすく、かつ携帯の際の重量や容積上の負担も少ない、等の利便性の高いノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）とすることができる。
【０１３８】
また、電源部の構造を燃料電池および燃料電池容器が着脱自在となる構造とした場合には、予備の本発明の燃料電池および燃料電池容器を準備しておけば、屋外や旅客機等の移動体内等の２次電池のみで使用するような状況において、従来に比べ飛躍的に長時間の電源供給が可能となるという利点がある。また、このように公共の場で使用する場合にも、安全性に優れることから、制約を受けることなく使用することが可能な、極めて利便性に優れたものとなる。
【０１３９】
なお本発明は上述の実施例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あれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例において燃料電池としてメタノールを燃料に用いたＤＭＦＣ を用いたが、ジメチルエーテルを初めとする各種液体を燃料とする燃料電池を用いることもできる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明の第１から第５の電子機器によれば、両側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する第１凹部を上側主面に、第２凹部を下側主面に有する多層セラミックスから成る基体と、この基体の第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれ第１および第２凹部を覆って取着される、第１および第２凹部を気密に封止する第１および第２蓋体とを具備していることから、燃料電池用容器内を気密に封止することで、気体等の流体の漏れがなく、この容器の他にパッケージ等の容器を設ける必要がないので、効率良く作動させることができる、高機能かつ安定して使用することが可能な電子機器を得ることができるとともに、小型，低背化にも有効なものとなる。
【０１４１】
また、基体の両側主面に複数の電解質部材を収容する第１および第２凹部を有する２層構造としたことから省スペース化を行なうことができる。さらにまた、第１および第２凹部をそれぞれ上側主面および下側主面に有する多層セラミックスから成る基体と、この第１および第２凹部をそれぞれ封止する第１および第２蓋体とで形成される箱体内に複数の電解質部材を収納して燃料電池とすることができるので、電解質部材が容器の外部に露出して損傷を受けたりすることがなく、燃料電池全体としての機械的信頼性が向上する。よって、燃料電池の保護部材が不要なため、小型，低背な電子機器を提供することができる。
【０１４２】
また、第１および第２凹部ならびに第１および第２蓋体で構成される容器内部に一端が配設された第１および第２配線導体の他には電解質部材自体に無用な電気的接触をしないで済むので、信頼性および安全性の高い燃料電池を得ることができ、長期信頼性および安全性の高い電子機器を提供することができる。
【０１４３】
また、このような燃料電池は、基体および蓋体の少なくとも一方に、外部接続用端子（正極端子および負極端子）を具備しているため、電子機器の回路基板に容易に電気的接続が可能となり、着脱が自在である。そのため、特殊な安全設備を備えた施設等によることなく、容易に燃料電池を新しいものと取り替えることができ、電子機器の利便性を高いものとすることができる。
【０１４４】
さらに、燃料電池用容器の構成材料として多層セラミックスを用いたことにより、腐食性を考慮することなく各種のガスや液体を使用することができ、電力の供給効率の向上が容易である。また、多層セラミックスを形成する各層のセラミックスに、従来周知のメタライズ法により自在に配線導体を形成することができるため、燃料電池の電気配線が自由に可能であることから、複数セルの直列，並列接続が容易で、電子機器の小型、低背化、および軽量化を飛躍的に向上させることができる。すなわち、本発明の第２の電子機器によれば、基体に形成された、一端が第１および第２凹部の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向するとともに、他端が第１および第２凹部の他の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向する第３配線導体とを具備していることから、複数個の電解質部材を電気的に接続することでそれらを並列接続することが可能となる。その結果、燃料電池全体の出力電流の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができ、長期にわたって電流が安定した、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
【０１４５】
また、本発明の第３の電子機器によれば、基体に形成された、一端が第１および第２凹部の１つの底面で電解質部材の第１電極に対向し、かつ他端が基体の蓋体が取着される上面に導出された第４配線導体と、一端が蓋体の下面で第１および第２凹部の他の１つの電解質部材の第２電極に対向し、かつ他端が蓋体の基体の上面に取得される下面に第４配線導体の他端と対向するように導出された第５配線導体とを具備していることから、複数個の電解質部材を電気的に接続することでそれらを直列接続することが可能となる。その結果、一つ一つの電解質部材の発電では微小電圧であっても、直列接続により合計の電圧の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができ、長期にわたって電圧が安定した、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
【０１４６】
また、本発明の第４の電子機器によれば、基体に形成された、一端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の１つの第１電極に対向するとともに、他端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の他の１つの第１電極に対向する第６配線導体とを具備していることから、複数個の電解質部材を電気的に接続することでそれらを並列接続することが可能となる。その結果、燃料電池全体の出力電流の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができ、長期にわたって電流が安定した、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
【０１４７】
また、本発明の第５の電子機器によれば、基体に形成された、一端が第１および第２凹部の底面で電解質部材の１つの第１電極に対向し、かつ他端が基体の蓋体が取着される上面に導出された第７配線導体と、一端が蓋体の下面で電解質部材の他の１つの第２電極に対向し、かつ他端が蓋体の基体の上面に取得される下面に第７配線導体の他端と対向するように導出された第８配線導体とを具備している燃料電池を用いたことから、このような燃料電池において、複数個の電解質部材を電気的に接続することでそれらを直列接続することが可能となる。その結果、一つ一つの電解質部材の発電では微小電圧であっても、直列接続により合計の電圧の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことが可能となり、長期にわたって電圧が安定した、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
【０１４８】
また、このような燃料電池において、基体の内部に第１および第２凹部の間からそれぞれの凹部の底面にかけて形成された第１流体流路と、電解質部材の第２電極に対向するように第１および第２蓋体の第１および第２凹部側の主面からそれぞれの外面にかけて形成された第２流体流路とを具備していることから、それぞれの流体流路は、電解質部材を挟んで、それぞれ対向する内壁面に設けられているため、電解質部材へ供給される流体の均一供給性を向上させることができる。このような流体経路によれば、流体が電解質部材に対して垂直に流れるため、例えば、流体が水素ガス、または、メタノール水溶液等と空気（酸素）ガスとの場合に、電解質部材が下側および上側主面にそれぞれ有する第１および第２電極に供給される各ガス分圧が下がることはなく、所定の安定した出力電圧を得ることができるという効果がある。
【０１４９】
さらに、供給される流体の圧力、例えばガス分圧が安定するため、燃料電池用容器の内部温度の分布が均一化され、その結果、電解質部材に生じる熱応力を抑制することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができるため、より信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【０１５０】
さらに両側主面にそれぞれ電解質部材を収容する第１および第２凹部を設けて、それらを覆って取着される第１および第２蓋体にそれぞれ第１流体流路および第２流体流路を有した構造としたことから、燃料電池の体積出力密度の向上を行なうことができるものとなる。
【０１５１】
さらにまた、それぞれの流体流路は基体と蓋体とに形成されるため、各流体流路の密閉性に優れ、本来は流路的に隔絶されるべき２種類の原料流体（例えば酸素ガスと水素ガスもしくはメタノール等）が混合してしまうことによって燃料電池としての機能が発現されなくなるようなことがなく、また、可燃性の流体が高温で混合された後に引火，爆発を起こす危険性もないので、安全な燃料電池を提供することができる。
【０１５２】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１配線導体の他端同士をそれぞれ電気的に接続することによって、複数個の電解質部材を電気的に短距離の並列接続することができ、かつ低抵抗な配線で接続可能なものとなる。その結果、燃料電池全体の出力電流の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができる平面スタック構造の燃料電池を提供することができる。
【０１５３】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１配線導体の他端と第２配線導体の他端とを電気的に接続するようにしたときには、複数個の電解質部材を電気的に短距離の直列接続することができ、かつ低抵抗な配線で接続可能なものとなる。その結果、一つ一つの電解質部材の発電では微小電圧であっても、直列接続により合計の電圧の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で外部に取り出すことができる平面スタック構造の燃料電池を提供することができる。
【０１５４】
また、基体の両側主面にそれぞれ電解質部材を収容し、基体ならびに第１および第２蓋体の内部に形成された第１および第２配線導体で接続可能な２層構造としたことから、配線長さを短くすることができるため低抵抗化を行なうことが可能となる。
【０１５５】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、上記構成において、第１流体流路を、第１および第２凹部の底面における開口を対向させて配置されているものとしたときには、これら第１流体流路を第１および第２凹部の底面のほぼ全面にそれぞれ複数設けた場合であっても、それらを第１および第２凹部の間で容易に連結して燃料供給口が１箇所ですむものとすることができ、複雑な燃料供給システムを設ける必要がなくなるため、電解質部材への燃料供給が容易となるとともに省スペース化を行なうことができる。
【０１５６】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１および第２凹部にそれぞれ電解質部材を収容して、電解質部材の下側および上側主面を第１および第２流体流路との間でそれぞれ流体がやりとり可能なように配置するとともに、第１および第２配線導体を第１および第２電極にそれぞれ電気的に接続するとともに外部接続用端子にそれぞれ電気的に接続し、基体の第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれの凹部を覆って第１および第２蓋体を取着して成ることから、以上のような本発明の燃料電池用容器による特長を備えた、小型，堅牢で、燃料の均等供給，高効率な電気接続を行なうことができる信頼性のある燃料電池を用いた、低背化、高機能化、高効率化が可能な電子機器を得ることができるとともに、複数個の電解質部材を並列接続することが可能となるため燃料電池全体の出力電流の調整ができ、あるいは複数個の電解質部材を直列接続することにより合計の電圧の調整ができるため、電解質部材にて電気化学的に生成された電気を良好な状態で電子機器の回路基板に取り出すことができる。
【０１５７】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１配線導体および第２配線導体の少なくとも一方は、第１および第２凹部の底面の第１流体流路の開口の周辺または第１および第２蓋体の下面の第２流体流路の開口の周辺に、第１電極または第２電極に当接するように形成されたものとしたことにより、電解質部材の第１電極または第２電極の第１流体流路または第２流体流路の開口を除く部位の全域と、第１配線導体または第２配線導体とを直接接触させて電気的に接続することができる。そのため、電解質部材の第１電極と第１配線導体との接触面積および第２電極と第２配線導体との接触面積が大きくとれるとともに直接に接続することができ、電気抵抗の増大化および接触不良を有効に抑えることができるので、高い発電効率を有した電子機器を提供することができる。
【０１５８】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、基体が多層セラミックスから成るため、内部に位置するセラミック層の表面にメタライズ法等により金属層を種々の形状，電気特性で形成することができるので、基体の内部に、抵抗やキャパシタンスやインダクタンス等として機能する電子回路素子を形成することができる。従って、例えば、燃料電池に平行して、大容量のキャパシタを形成することで、燃料電池から出力される電流が不足する状態となった場合、不足する電流分が補填されて目標出力電流に応じた電流供給を確保することが可能である。また、昇圧回路を形成することができるため、電子機器に必要な電圧を確保することが可能である。
【０１５９】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、基体に内部回路が形成されていることから、基体表面において内部回路に電気的に接続された電子部品を搭載することができる。従って、基体表面に搭載した電子部品によって電子機器の機能性を向上させることができる。
【０１６０】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、基体の表面に内部回路に電気的に接続された電子部品が設けられているため、電子部品として、例えばセンサーや制御ＩＣ等を用いて、濃度センサーで流体流路内の燃料の濃度を検知することにより、最適な循環や燃料の希釈、燃料の利用効率の低下を抑制することが可能となる。
【０１６１】
また、本発明の第１から第５の電子機器によれば、第１および第２流体流路の少なくとも一方の途中に圧電ポンプが設けられているために、流体流路に取り付けられた小型の圧電ポンプが、燃料の逆流を防ぎ、その結果反応物質等による未使用燃料の汚染を防ぐことができ、また、滞留していた空気は排出されることから、電子機器の動作に滞留した空気が悪影響を与えることを避けることができる。さらに、燃料が一定に供給され、その結果安定した発電が行われるとともに、燃料供給が円滑に行われるので起動時間を速くすることが可能である。これにより、例えば、燃料電池や燃料カートリッジを新しいものに取り替えた後や燃料を補充した後でも、すぐに電子機器を使用することが可能となり、従来の化学電池等を用いた電子機器と比べても遜色の無い利便性を有する電子機器を提供することができる。
【０１６２】
以上のことから、本発明の電子機器によれば、コンパクト性，簡便性，安全性に優れ、流体の均等供給，高効率な電気接続を可能とした燃料電池を用いることにより、小型，低背で、かつ長期にわたり安定して作動させることができ、さらに安全性や利便性に優れた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図７】本発明の電子機器の実施の形態の例を示すブロック図である。
【図８】従来の燃料電池の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１’，２１，３１，４１，５１：燃料電池
２，２’，２２，３２，４２，５２：燃料電池用容器
３：電解質部材
４：第１電極
５：第２電極
６，６’：基体
７，７’：蓋体
８：第１流体流路
９：第２流体流路
１０，１０’，１０”：第１配線導体
１１，１１’：第２配線導体
１２：外部接続用端子
１３：第３配線導体
１４：第４配線導体
１５：第５配線導体
１６：第６配線導体
１７：第７配線導体
１８：第８配線導体
１１１：中央処理装置（ＣＰＵ）
１１２：制御部
１１３：ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
１１４：リードオンメモリ（ＲＯＭ）
１１５：入力部
１１６：アンテナ
１１７：無線部
１１８：スピーカ
１１９：発光ダイオード（ＬＥＤ）
１２０：表示部
１２１：バイブレータ
１２２：送受話部
１２３：電源部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device having a fuel cell as a power source and having a small and highly reliable fuel cell made of multilayer ceramics that can accommodate an electrolyte member.
[0002]
[Prior art]
In recent years, power consumption tends to increase as functions of portable electronic devices increase. In addition, secondary batteries need to be charged after a certain amount of power is used, and charging facilities and charging time are required. Therefore, many problems remain in long-time driving of portable electronic devices.
[0003]
Due to such demands, electronic devices such as mobile phones and notebook PCs (personal computers) equipped with small fuel cells as power sources have been proposed. The fuel cell can be used continuously as long as the supply of fuel and oxygen is continued. As small-sized fuel cells, there are known solid polymer electrolyte fuel cells (hereinafter referred to as PEFC) and direct methanol fuel cells (hereinafter referred to as DMFC). Yes.
[0004]
These fuel cells have a low operating temperature of about 80-100 ° C.,
(1) The output density is high, and it is possible to reduce the size and weight.
(2) Since the electrolyte is not corrosive and the operating temperature is low, since there are few restrictions on the battery constituent materials from the aspect of corrosion resistance, cost reduction is easy.
(3) Compared to other fuel cells, it can be started at room temperature, so the startup time is short.
It has excellent features such as For this reason, PEFC and DMFC are not only applied to driving power sources for vehicles, home cogeneration systems, etc., but also to cellular phones, PDAs (Personal Digital Assistants), notebook type PCs (PCs), taking advantage of the above features. Personal computers), digital cameras, videos, and the like have been considered for use as power sources for portable electronic devices with outputs of several watts to several tens of watts.
[0005]
PEFC and DMFC are roughly classified into, for example, a fuel electrode (cathode) composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum and platinum-ruthenium are adhered, and an air electrode (anode) composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum are adhered. And a film-like electrolyte member (hereinafter, referred to as an electrolyte member) interposed between the fuel electrode and the air electrode. In the case of DMFC, methanol (CH3(OH) aqueous solution is supplied, while the air electrode has (O) in the atmosphere.2) Is generated (electric power generation) by the electrochemical reaction, and electric energy serving as a driving power source (voltage / current) for the load is generated.
[0006]
Specifically, methanol (CH3When an OH) aqueous solution is supplied, electrons (e) are produced by the catalyst as shown in the following chemical reaction formula (1).−) Separated hydrogen ions (protons; H+) Are generated and pass through the electrolyte member to the air electrode side, and electrons (e−) Is taken out and supplied to the load.
[0007]
CH3OH + H2O → CO2+ 6H++ 6e−  ... (1)
On the other hand, when air is supplied to the air electrode, as shown in the following chemical reaction formula (2), electrons (e−) And hydrogen ions (H+) And oxygen gas (O2) Reacts with water (H2O) is generated.
[0008]
6H++ 3 / 2O2+ 6e−  → 3H2O (2)
Such a series of electrochemical reactions (formula (1) and formula (2)) proceeds under a relatively low temperature condition of about room temperature to 100 ° C., and by-products other than electric power are basically water (H2O) only.
[0009]
The ion conductive film (exchange membrane) constituting the electrolyte member is a polystyrene-based cation exchange membrane having a sulfonic acid group, a mixed membrane of fluorocarbon sulfonic acid and polyvinylidene fluoride, and trifluoroethylene grafted on a fluorocarbon matrix. Recently, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane (for example, Nafion: trade name, manufactured by DuPont) or the like has been used.
[0010]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional fuel cell (PEFC). In the figure, 201 is a PEFC, 203 is an electrolyte member, 204 and 205 are arranged on the electrolyte member 203 so as to sandwich the electrolyte member, and a pair of porous electrodes having functions as a gas diffusion layer and a catalyst layer, that is, A fuel electrode and an air electrode, 206 is a gas separator, 208 is a fuel flow path, and 209 is an air flow path.
[0011]
The gas separator 206 is provided so as to penetrate through the separator and the gas inflow / outflow frame that form the outer shape of the gas separator 206, the separator that separates the fuel channel 208 and the air channel 209, and the separator. The electrode is arranged so as to correspond to the fuel electrode 204 and the air electrode 205 of the electrolyte member 203. The fuel electrode 204 and the air electrode 205 of the electrolyte member 203 are stacked in large numbers via a gas separator 206 so that the fuel electrode 204 and the air electrode 205 are electrically connected in series and / or in parallel. A typical PEFC main body is a stack in a box.
[0012]
A fuel gas containing water vapor (a gas rich in hydrogen) is supplied from the reformer to the fuel electrode 204 through the fuel flow path 208 formed in the gas separator 206, and the air electrode 205 is supplied into the atmosphere through the air flow path 209. Then, air is supplied as an oxidant gas, and power is generated by a chemical reaction in the electrolyte member 203.
[0013]
[Patent Document 1]
JP 2001-266910 A
[0014]
[Patent Document 2]
Special table 2001-507501 gazette
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the fuel cell 201 that has been conventionally proposed and developed as such a high-voltage, high-capacity battery is a large, large-sized battery having a stack structure and a large area, and is a small battery. Conventionally, the use of the fuel cell has been hardly considered.
[0016]
That is, in the conventional gas separator 206 in such a fuel cell 201, the side surface of the electrolyte member 203 is exposed to the outside in the laminated body in which the electrolyte member 203 is laminated using the gas separator 206. As a result, there is a problem that the mechanical reliability of the entire fuel cell 201 is difficult to be secured.
[0017]
In order to mount the fuel cell 201 on a portable electronic device, a fuel cell container that is different from conventional large-sized fuels and is excellent in compactness, simplicity, and safety is required. That is, in order to be applied as a portable power source such as a general-purpose chemical battery, the fuel cell container is reduced in size and height to shorten the temperature rise to the operating temperature and to reduce the heat capacity. In the conventional fuel cell 201, the gas separator 206, which occupies most of the heat capacity, is thinned, particularly in the case of the gas separator 206 in which the flow path is formed by cutting on the surface of the carbon plate. Since it becomes brittle, a thickness of several mm is required. For this reason, there is a problem that it is difficult to reduce the size and height.
[0018]
Further, the output voltage of the fuel cell 201 is determined by the partial pressure of the gas supplied to the electrodes 204 and 205 on the front and back surfaces of the electrolyte member 203. That is, when the fuel gas supplied to the electrolyte member 203 travels through the gas flow path 208 and is consumed in the power generation reaction, the partial pressure of the fuel gas on the surface of the fuel electrode 204 decreases and the output voltage decreases. Similarly, when the air also travels through the air flow path 209 and is consumed, the partial pressure of oxygen on the surface of the air electrode 205 decreases and the output voltage decreases. Therefore, it is necessary to supply the fuel gas evenly. However, the gas separator 206 of the conventional fuel cell 201 has a flow path formed by cutting on the surface of the carbon plate. Since the groove of the passage becomes narrow, there is a problem that the flow passage resistance increases and uniform fuel supply is difficult.
[0019]
Further, a combination of the plurality of electrolyte members 203 and the opposed fuel electrode 204, air electrode 205, and gas separator 206 is arbitrarily and efficiently connected in series or in parallel to adjust the overall output voltage and output current. However, in the conventional fuel cell 201, in order to take out electricity from the fuel electrode and the air electrode sandwiching the electrolyte member 203, a method of connecting to the outside or connecting the gas separator 206 as a conductive material is used. There is only a method of connecting them in series, and it is difficult to connect to a motherboard or the like for forming an electronic circuit that is the main component of the electronic device in a limited space when used in a portable electronic device. There was also a problem.
[0020]
Further, in the electronic device using the conventional fuel cell 201, a current collecting plate for taking out electricity generated in the electrolyte member 203 to a mother board or the like for forming the main electronic circuit of the electronic device, and the fuel cell Insulating materials such as silicon rubber for insulating the container containing the gas, screws and fastening jigs for attaching the gas separator 206, the electrolyte member 203, the current collector plate and the insulating material to the fuel cell container ( There is a problem that the number of parts such as not shown) is large, and it is difficult to reduce the size and the height.
[0021]
As a method for adjusting the overall output voltage and output current, a plurality of combinations of the electrolyte member 203 and the opposed fuel electrode 204, air electrode 205, and gas separator 206 are arranged on the same plane. The technique is being studied. However, when arranged on the same plane in this way, it is effective in reducing the height as compared with the stack structure that has been widely used in the past, but an insulating member for ensuring insulation between adjacent electrolyte members 203 is newly provided. This causes a problem that the number of parts is further increased. Further, since the flow path processing is performed by machining or molding, the inner layer flow path processing in a planar direction that connects adjacent fuel cells cannot be performed, and a conductive material is used. In addition, there is a problem that it is impossible to integrate functions such as an electric circuit by mounting an electronic component or the like.
[0022]
In addition, when mounting such a fuel cell on a portable electronic device, the fuel cell is formed with a terminal for connection with a motherboard or the like for forming an electronic circuit that is the main component of the electronic device, and the portable electronic device It is necessary to provide a terminal corresponding to the connection terminal on the side, but the structure requires a relatively complicated design for both the terminal on the portable electronic device side and the terminal on the fuel cell container side. There was a problem. Furthermore, in the case of using a cartridge type in which the fuel cell can be freely attached / detached from the viewpoint of convenience when using a portable electronic device or carrying it, it is necessary to devise such a terminal that allows such attachment / detachment freely. Therefore, there is a problem that more difficulty occurs.
[0023]
Furthermore, the fuel supplied to the fuel electrode side is consumed with the power generation, and the power generation efficiency decreases as the concentration decreases. Therefore, in order to increase the power generation efficiency in the fuel cell, an oxygen supply mechanism that forcibly distributes oxygen to the air electrode and a fuel supply mechanism that forcibly supplies and supplies fuel to the fuel electrode are required. is there. However, since these forced oxygen and fuel supply mechanisms are bulky, the entire fuel cell also becomes large, which is inappropriate for use as a compact power source for portable electronic devices.
[0024]
The present invention has been completed in view of the problems of the conventional techniques as described above, and an object of the present invention is to use a reliable fuel cell that can perform uniform fuel supply and highly efficient electrical connection. An object of the present invention is to provide an electronic device that is small, low in profile, high in function, and can be used stably.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
A first electronic device of the present invention is an electronic device having a fuel cell as a power source, and the fuel cell has a first recess that houses an electrolyte member having first and second electrodes on both main surfaces. And a first fluid flow path formed inside the substrate from between the first and second recesses to the bottom surface of each recess. A first wiring conductor having one end disposed on the bottom surface of each of the first and second recesses so as to face the first electrode of the electrolyte member and the other end led to the outer surface of the base, and the first of the base First and second lids hermetically sealing the first and second recesses, which are attached to the upper surfaces around the first and second recesses, respectively, and the second of the electrolyte member First and second recesses of the first and second lids so as to face the electrodes One end is arranged on the second fluid flow path formed from the main surface on the side to each outer surface and the main surface on the first and second recess sides of the first and second lids facing the second electrode of the electrolyte member. A fuel cell container comprising: a second wiring conductor provided at the other end thereof on the outer surface; and a terminal for external connection formed on at least one of the base body and the lid. The electrolyte member is accommodated in the first and second recesses of the container, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are arranged so that fluid can exchange with the first and second fluid flow paths, respectively. The first and second wiring conductors are electrically connected to the first and second electrodes, respectively, and the first and second lids are respectively covered on the upper surfaces around the first and second recesses of the base. It is characterized by being attached.
[0026]
In the second electronic device according to the present invention, the base includes a plurality of first and second recesses, and one end serves as the first electrode of the electrolyte member on one bottom surface of the first and second recesses. A third wiring conductor facing the first electrode of the electrolyte member is formed on the other bottom surface of the first and second recesses opposite to each other.
[0027]
In the third electronic device of the present invention, the base has a plurality of first and second recesses, and one end serves as the first electrode of the electrolyte member on one bottom surface of the first and second recesses. A fourth wiring conductor that is opposed to the other end and is led out to an upper surface to which the first and second lids of the base are attached, and one end that is the lower surface of the first and second lids and the first and second recesses The other one of the electrolyte members faces the second electrode, and the other end is led out so as to face the other end of the fourth wiring conductor on the lower surface obtained on the upper surfaces of the base bodies of the first and second lid bodies. Further, a fifth wiring conductor is formed.
[0028]
In the fourth electronic device of the present invention, the base is formed with first and second recesses for accommodating a plurality of electrolyte members, and one end of the electrolyte member is the bottom surface of the first and second recesses. A sixth wiring conductor is formed to face one first electrode and have the other end face the other first electrode of the electrolyte member at the bottom surfaces of the first and second recesses. is there.
[0029]
In the fifth electronic device of the present invention, the base is formed with first and second recesses for accommodating a plurality of electrolyte members, and one end of the electrolyte member is the bottom of the first and second recesses. A seventh wiring conductor which is opposed to the first electrode and whose other end is led out to the upper surface to which the first and second lids of the base are attached, and one end of which is an electrolyte on the lower surface of the first and second lids The eighth wiring conductor led out to face the other second electrode of the member and the other end of the member facing the other end of the seventh wiring conductor on the lower surface attached to the upper surface of the base of the lid. It is characterized by being formed.
[0030]
In the first to fifth electronic devices of the present invention, the first fluid flow path is arranged with the openings in the bottom surfaces of the first and second recesses facing each other.
[0031]
Further, in the first to fifth electronic devices of the present invention, at least one of the first wiring conductor and the second wiring conductor is the periphery of the opening of the first fluid channel on the bottom surface of the first and second recesses or the first wiring conductor. And it is formed in the circumference | surroundings of the opening of the 2nd fluid flow path of the lower surface of a 2nd cover body so that it may contact | abut to a 1st electrode or a 2nd electrode.
[0032]
In the first to fifth electronic devices of the present invention, the base body is formed with an internal circuit.
[0033]
In the first to fifth electronic devices of the present invention, the base is provided with an electronic component electrically connected to an internal circuit on the surface thereof.
[0034]
In addition, the first to fifth electronic devices of the present invention are characterized in that a piezoelectric pump is provided in the middle of at least one of the first and second fluid flow paths.
[0035]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, the first concave portion for accommodating the electrolyte member having the first and second electrodes on the both main surfaces is the upper main surface, and the second concave is the lower main surface. And the first and second recesses which are attached to the upper surface around the first and second recesses of the substrate so as to cover the first and second recesses, respectively. Since the first and second lids are provided, the fuel cell container is hermetically sealed to prevent leakage of fluid such as gas, and a container such as a package is provided in addition to the container. Since there is no need, it is possible to obtain an electronic device that can be operated efficiently, can be used with high functionality and can be used stably, and is effective for miniaturization and low profile.
[0036]
Further, since the two-layer structure having the first and second recesses for accommodating a plurality of electrolyte members on both principal surfaces of the base body, space saving can be achieved. Furthermore, the substrate is formed of a multilayer ceramic body having first and second recesses on the upper main surface and the lower main surface, respectively, and a first and second lid for sealing the first and second recesses, respectively. Since a plurality of electrolyte members can be accommodated in a box to be a fuel cell, the electrolyte member is not exposed to the outside of the container and damaged, and the mechanical reliability of the fuel cell as a whole Will improve. Therefore, since the protective member for the fuel cell is unnecessary, a small and low-profile electronic device can be provided.
[0037]
In addition to the first and second wiring conductors, one end of which is disposed inside the container composed of the first and second recesses and the first and second lids, unnecessary electrical contact is made to the electrolyte member itself. Therefore, a fuel cell with high reliability and safety can be obtained, and an electronic device with high long-term reliability and safety can be provided.
[0038]
In addition, since such a fuel cell has external connection terminals (a positive electrode terminal and a negative electrode terminal) on at least one of the base and the lid, it can be easily electrically connected to a circuit board of an electronic device. Can be attached and detached freely. Therefore, the fuel cell can be easily replaced with a new one without using a facility equipped with special safety equipment, and the convenience of the electronic device can be enhanced.
[0039]
Furthermore, by using multilayer ceramics as the constituent material of the fuel cell container, various gases and liquids can be used without considering corrosivity, and the power supply efficiency can be easily improved. In addition, since wiring conductors can be freely formed on the ceramics of each layer forming the multilayer ceramic by a conventionally well-known metallization method, the electric wiring of the fuel cell can be freely performed. Connection is easy, and the electronic device can be dramatically reduced in size, height and weight. That is, according to the second electronic device of the present invention, one end formed on the base is opposed to the first electrode of the electrolyte member at one bottom surface of the first and second recesses, and the other end is the first and second. Since the third wiring conductor facing the first electrode of the electrolyte member is provided on the other bottom surface of the second recess, they are connected in parallel by electrically connecting a plurality of electrolyte members. It becomes possible. As a result, since the output current of the entire fuel cell can be adjusted, the electricity electrochemically generated by the electrolyte member can be taken out in a good state, the current is stable over a long period, and the reliability is excellent. An electronic device can be provided.
[0040]
According to the third electronic device of the present invention, one end formed on the base is opposed to the first electrode of the electrolyte member at one bottom surface of the first and second recesses, and the other end is a lid of the base. A fourth wiring conductor led to the upper surface to which the body is attached, one end facing the second electrode of the other electrolyte member of the first and second recesses on the lower surface of the lid body, and the other end of the lid Since the lower surface acquired on the upper surface of the body base body includes the fifth wiring conductor led out to face the other end of the fourth wiring conductor, the plurality of electrolyte members are electrically connected. It becomes possible to connect them in series. As a result, even when the voltage is generated by each electrolyte member, even if it is a minute voltage, the total voltage can be adjusted by series connection. Therefore, the electricity generated electrochemically by the electrolyte member can be externally maintained in good condition. An electronic device that can be taken out, has a stable voltage over a long period, and has excellent reliability can be provided.
[0041]
According to the fourth electronic device of the present invention, one end formed on the base is opposed to one first electrode of the electrolyte member at the bottom surface of the first and second recesses, and the other end is the first and second. Since it has a sixth wiring conductor facing the other first electrode of the electrolyte member at the bottom surface of the second recess, they are connected in parallel by electrically connecting a plurality of electrolyte members. It becomes possible. As a result, since the output current of the entire fuel cell can be adjusted, the electricity electrochemically generated by the electrolyte member can be taken out in a good state, the current is stable over a long period, and the reliability is excellent. An electronic device can be provided.
[0042]
According to the fifth electronic device of the present invention, one end formed on the base is opposed to one first electrode of the electrolyte member at the bottom of the first and second recesses, and the other end is a lid of the base. The seventh wiring conductor led to the upper surface to which the body is attached, one end facing the other second electrode of the electrolyte member on the lower surface of the lid body, and the other end obtained on the upper surface of the base body of the lid body A fuel cell having an eighth wiring conductor led out to face the other end of the seventh wiring conductor is used on the lower surface of the fuel cell. They can be connected in series by being electrically connected. As a result, even when the voltage is generated by each electrolyte member, even if it is a minute voltage, the total voltage can be adjusted by series connection. Therefore, the electricity generated electrochemically by the electrolyte member can be externally maintained in good condition. It is possible to provide an electronic device that can be taken out, has a stable voltage over a long period of time, and has excellent reliability.
[0043]
Further, in such a fuel cell, the first fluid channel formed in the substrate from between the first and second recesses to the bottom surface of each recess and the second electrode of the electrolyte member so as to face each other. And the second fluid channel formed from the main surfaces of the first and second lids on the first and second recess sides to the respective outer surfaces, and therefore, each fluid channel sandwiches the electrolyte member. Thus, since they are provided on the opposing inner wall surfaces, the uniform supply of the fluid supplied to the electrolyte member can be improved. According to such a fluid path, since the fluid flows perpendicularly to the electrolyte member, for example, when the fluid is hydrogen gas or an aqueous methanol solution and air (oxygen) gas, the electrolyte member is on the lower side and There is an effect that a predetermined stable output voltage can be obtained without lowering each gas partial pressure supplied to the first and second electrodes respectively provided on the upper main surface.
[0044]
Further, since the pressure of the fluid to be supplied, for example, the gas partial pressure is stabilized, the distribution of the internal temperature of the fuel cell container is made uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member can be suppressed. Therefore, it is possible to provide an electronic device with higher reliability.
[0045]
Further, first and second recesses for accommodating the electrolyte members are provided on the main surfaces on both sides, and the first fluid channel and the second fluid channel are respectively provided in the first and second lids that are attached to cover the first and second recesses. Since the structure is provided, the volume output density of the fuel cell can be improved.
[0046]
Furthermore, since each fluid flow path is formed in the base body and the lid body, each fluid flow path is excellent in hermeticity and originally two types of raw material fluids (for example, oxygen gas and the like) that should be isolated from each other in the flow path (Hydrogen gas or methanol, etc.) is not mixed so that the function as a fuel cell is not manifested, and there is no risk of ignition or explosion after a flammable fluid is mixed at a high temperature. Therefore, a safe fuel cell can be provided.
[0047]
Further, according to the first to fifth electronic devices of the present invention, the plurality of electrolyte members are electrically connected in parallel at a short distance by electrically connecting the other ends of the first wiring conductors. Can be connected with low resistance wiring. As a result, since the output current of the entire fuel cell can be adjusted, it is possible to provide a fuel cell having a planar stack structure in which the electricity electrochemically generated by the electrolyte member can be taken out in a good state. .
[0048]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, when the other end of the first wiring conductor and the other end of the second wiring conductor are electrically connected, a plurality of electrolyte members are provided. It can be electrically connected in a short distance in series and can be connected with a low resistance wiring. As a result, even when the voltage is generated by each electrolyte member, even if it is a minute voltage, the total voltage can be adjusted by series connection. A fuel cell having a planar stack structure that can be taken out can be provided.
[0049]
In addition, since the electrolyte member is accommodated on each of the main surfaces on both sides of the base, and the first and second wiring conductors formed inside the base and the first and second lids are connected, the two-layer structure is used. Since the length can be shortened, the resistance can be reduced.
[0050]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, in the above configuration, when the first fluid channel is arranged with the openings in the bottom surfaces of the first and second recesses facing each other. Even if a plurality of these first fluid flow paths are provided on substantially the entire bottom surfaces of the first and second recesses, the fuel supply port can be easily connected between the first and second recesses. Since only one place can be used and it is not necessary to provide a complicated fuel supply system, fuel supply to the electrolyte member can be facilitated and space can be saved.
[0051]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, the electrolyte members are accommodated in the first and second recesses, respectively, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are disposed in the first and second fluid flow paths. And the first and second wiring conductors are electrically connected to the first and second electrodes and electrically connected to the external connection terminals, respectively. Since the first and second lids are attached to the upper surfaces around the first and second recesses of the base so as to cover the respective recesses, the above features of the fuel cell container of the present invention are provided. In addition, it is possible to obtain an electronic device that is low in profile, highly functional, and highly efficient, using a reliable fuel cell that is compact, robust, can supply fuel evenly, and can perform highly efficient electrical connections. A plurality of electrolyte members Since it is possible to connect in parallel, the output current of the entire fuel cell can be adjusted, or the total voltage can be adjusted by connecting a plurality of electrolyte members in series. The generated electricity can be taken out to the circuit board of the electronic device in a good state.
[0052]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, at least one of the first wiring conductor and the second wiring conductor is formed around the opening of the first fluid channel on the bottom surface of the first and second recesses or The first electrode or the second electrode of the electrolyte member is formed around the opening of the second fluid flow path on the lower surface of the first and second lids so as to contact the first electrode or the second electrode. The entire region excluding the opening of the first fluid channel or the second fluid channel of the two electrodes and the first wiring conductor or the second wiring conductor can be directly contacted to be electrically connected. Therefore, the contact area between the first electrode and the first wiring conductor of the electrolyte member and the contact area between the second electrode and the second wiring conductor can be increased and can be directly connected, and the electrical resistance is increased and the contact is poor. Therefore, it is possible to provide an electronic device having high power generation efficiency.
[0053]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, since the substrate is made of multilayer ceramic, the metal layer is formed in various shapes and electrical characteristics on the surface of the ceramic layer located inside by a metallization method or the like. Therefore, an electronic circuit element that functions as resistance, capacitance, inductance, or the like can be formed inside the substrate. Therefore, for example, when a large capacity capacitor is formed in parallel with the fuel cell, when the current output from the fuel cell becomes insufficient, the insufficient current is compensated to meet the target output current. It is possible to ensure a sufficient current supply. In addition, since a booster circuit can be formed, a voltage necessary for the electronic device can be secured.
[0054]
In addition, according to the first to fifth electronic devices of the present invention, since the internal circuit is formed on the base, it is possible to mount an electronic component that is electrically connected to the internal circuit on the surface of the base. Therefore, the functionality of the electronic device can be improved by the electronic component mounted on the substrate surface.
[0055]
Further, according to the first to fifth electronic devices of the present invention, since the electronic component electrically connected to the internal circuit is provided on the surface of the base, for example, a sensor, a control IC or the like is used as the electronic component. By using the concentration sensor to detect the concentration of the fuel in the fluid flow path, it is possible to suppress optimal circulation, fuel dilution, and reduction in fuel utilization efficiency.
[0056]
In addition, according to the first to fifth electronic devices of the present invention, since the piezoelectric pump is provided in the middle of at least one of the first and second fluid flow paths, a small size attached to the fluid flow path. Piezoelectric pumps can prevent backflow of fuel and consequently prevent contamination of unused fuel by reactants, etc. Also, since the remaining air is discharged, the air staying in the operation of electronic equipment Avoiding adverse effects. Furthermore, the fuel is supplied at a constant rate. As a result, stable power generation is performed and the fuel is smoothly supplied, so that the startup time can be increased. As a result, for example, even after a fuel cell or fuel cartridge is replaced with a new one or after fuel is replenished, the electronic device can be used immediately, compared to a conventional electronic device using a chemical cell or the like. In addition, it is possible to provide an electronic device having convenience that is comparable to the above.
[0057]
From the above, according to the electronic device of the present invention, by using a fuel cell that is excellent in compactness, simplicity, and safety, and that enables uniform supply of fluid and highly efficient electrical connection, In addition, it is possible to provide an electronic device that can be stably operated over a long period of time and is excellent in safety and convenience.
[0058]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0059]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell incorporated in a first electronic device of the present invention. In FIG. 1, 1 is a fuel cell, 2 is a fuel cell container, 3 is an electrolyte member, 4 is a first electrode, 5 is a second electrode, 6 is a base body, and 7 is a lid (first and second lids). , 8 are first fluid flow paths, 9 is a second fluid flow path, 10 is a first wiring conductor, 11 is a second wiring conductor, and 12 is an external connection terminal. The electronic device is a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), a digital camera, or the like. Specific examples thereof will be described later.
[0060]
For example, the electrolyte member 3 faces the first electrode 4 formed on the lower main surface and the second electrode 5 formed on the upper main surface on both main surfaces of the ion conductive film (exchange membrane). In addition, a fuel electrode (not shown) serving as an anode electrode and an air electrode (not shown) serving as a cathode electrode are integrally formed. And the electric current generated with the electrolyte member 3 can be sent to the 1st electrode, the 2nd electrodes 4 and 5, and it can take out outside.
[0061]
The ion conductive film (exchange membrane) of the electrolyte member 3 is made of a proton conductive ion exchange resin such as perfluorocarbon sulfonic acid resin, for example, Nafion (trade name, manufactured by DuPont). Further, the fuel electrode and the air electrode are gas diffusion electrodes in a porous state, and have both functions of a porous catalyst layer and a gas diffusion layer. These fuel electrode and air electrode are made of a conductive material carrying a catalyst such as platinum, palladium or an alloy thereof, for example, a porous body in which carbon fine particles are held by a hydrophobic resin binder such as polytetrafluoroethylene. It is configured.
[0062]
The first electrode 4 on the lower main surface and the second electrode 5 on the upper main surface of the electrolyte member 3 are a method of hot pressing a carbon electrode with catalyst fine particles such as platinum or platinum-ruthenium on the electrolyte member 3, or Further, it is formed by a method of applying or transferring a mixture of a carbon electrode material with catalyst fine particles such as platinum or platinum-ruthenium and a solution in which an electrolyte material is dispersed onto the electrolyte.
[0063]
The fuel cell container 2 has a base 6 having a first recess on the upper main surface and a second recess on the lower main surface, and covers the first and second recesses on the upper surfaces around the first and second recesses, respectively. The first and second lids 7 are attached in this manner, and have the role of mounting the electrolyte member 3 inside the first and second recesses to hermetically seal the aluminum oxide (Al2O3) Quality sintered body, mullite (3Al2O3・ 2SiO2) Sintered body, silicon carbide (SiC) sintered body, aluminum nitride (AlN) sintered body, silicon nitride (Si)3N4) It is made of ceramic materials such as quality sintered body and glass ceramic sintered body.
[0064]
The fuel cell container 2 includes a base 6 having first and second recesses and a first and second lid 7, and the first and second recesses are provided around the first and second recesses of the base 6, respectively. In order to hermetically seal the first and second recesses by covering and attaching the first and second lids 7, bonding with a metal bonding material such as solder or silver brazing, or a resin material such as epoxy The first and second lids 7 are attached to the base 6 by a method such as joining a seal ring made of an iron alloy or the like to the upper surface around the recess and welding with a seam weld, electron beam, laser, or the like. Worn. The first and second lids 7 may also be formed with recesses similar to the base 6.
[0065]
In order to reduce the thickness of the base body 6 and the first and second lid bodies 7 and to reduce the height of the fuel cell 1, it is preferable that the bending strength, which is mechanical strength, is 200 MPa or more.
[0066]
The base 6 and the first and second lids 7 are preferably formed of an aluminum oxide sintered body made of a dense material having a relative density of 95% or more, for example. In that case, for example, in the case of an aluminum oxide sintered body, first, a rare earth oxide powder and a sintering aid are added to and mixed with the aluminum oxide powder, and then the raw material powder of the aluminum oxide sintered body Adjust. Next, an organic binder and a dispersion medium are added to the raw material powder of the aluminum oxide sintered body and mixed to form a paste. From this paste, an organic binder is added to the raw material powder by a press blade method, press forming, rolling forming, etc. Thus, a green sheet having a predetermined thickness is produced. The green sheet is punched by a die, micro drill, laser, or the like, and the first fluid passage 8 and the through holes as the second fluid passage 9, and the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor. A through hole for disposing 11 is formed. The first fluid channel 8 and the second fluid channel 9 may be grooves formed in a surface layer and an inner layer formed by punching with a mold, press molding, or the like.
[0067]
When an aluminum oxide sintered body is used as the ceramic material, the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are preferably formed of tungsten and / or molybdenum in order to prevent oxidation. In that case, for example, with respect to 100 parts by mass of tungsten and / or molybdenum powder as an inorganic component, Al2O33 to 20 parts by mass, Nb2O5Is prepared at a ratio of 0.5 to 5 parts by mass. The conductor paste is filled into the through hole of the green sheet to form a via conductor as a through conductor.
[0068]
In these conductor pastes, in order to improve the adhesion between the base 6 and the ceramics of the first and second lids 7, the ceramic component forming the aluminum oxide powder and the base 6 and the first and second lids 7 is used. It is also possible to add the same composition powder at a ratio of 0.05 to 2% by volume, for example.
[0069]
The formation of the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 on the surface layer and the inner layer of the base body 6 and the first and second lid bodies 7 is performed before or after forming the via conductor by filling the through hole with a conductive paste. At the same time, a similar conductor paste is formed by applying a predetermined pattern on a green sheet by screen printing, gravure printing or the like.
[0070]
Then, after aligning and laminating and pressure-bonding a predetermined number of sheet-like molded bodies filled with conductive paste, the laminated body is heated at a maximum firing temperature of 1200 to 1500 ° C., for example, in a non-oxidizing atmosphere. To obtain the target ceramic base 6, first and second lids 7, first wiring conductor 10, and second wiring conductor 11.
[0071]
The external connection terminal 12 is joined to at least one of the base 6 and the first and second lids 7 by soldering, brazing, or the like. It is desirable that the external connection terminal 12 has a shape that allows good electrical connection with a motherboard or the like for forming an electronic circuit that is a main component of the electronic device. As such a shape, for example, a rod shape, a saddle shape, a conical shape, etc. that can be easily electrically and mechanically connected to each other by connecting or inserting terminals to an electronic circuit that is a main part of an electronic device. Is used. In addition, it is preferable to provide a fitting portion (a hole or the like) corresponding to the external connection terminal in a portion to which the external connection terminal 12 is connected in the electronic circuit that is the main of the electronic device. . Furthermore, by arranging the external connection terminals 12 on the side surfaces of the base body 6 and the first and second lid bodies 7, it is possible to reduce the height of the electronic device.
[0072]
Moreover, it is preferable that the thickness of the base body 6 and the first and second lid bodies 7 made of ceramic be 0.2 mm or more. If the thickness is less than 0.2 mm, the strength tends to be covered. Therefore, the base 6 and the first and second lids 7 are caused by the stress generated when the base 6 and the first and second lids 7 are attached. There is a tendency that cracks and the like are likely to occur. On the other hand, if the thickness exceeds 5 mm, it is difficult to reduce the height and height, making it difficult to use as a fuel cell mounted on a small portable device and increasing the heat capacity. It tends to be difficult to quickly set an appropriate temperature corresponding to the chemical reaction conditions.
[0073]
The first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are electrically connected to the first electrode 4 and the second electrode 5 of the electrolyte member 3, respectively, and the current generated by the electrolyte member 3 is supplied to the fuel cell container 2. It functions as a conductive path for taking it out.
[0074]
One end of the first wiring conductor 10 is disposed at a portion facing the first electrode 4 of the electrolyte member 3 on the bottom surface of each of the first and second recesses on both main surfaces of the base 6, and the other end of the base 6. It is led out and formed on the outer surface. Such a first wiring conductor 10 is formed integrally with the base 6 as described above. Further, it is desirable that the first wiring conductor 10 is formed to be 10 μm or more higher than the bottom surfaces of the first and second recesses of the base 6 so that both ends thereof can be easily brought into contact with the first electrode 4. In order to obtain this height, as described above, the printing conditions may be set to be thick when the conductor paste is formed by printing and coating.
[0075]
Further, it is desirable that a plurality of first wiring conductors 10 be arranged opposite to the first electrode 4 to reduce the electric loss due to the first wiring conductors 10, and the penetration portion of the base 6 of the first wiring conductor 10 is φ50 μm or more. It is preferable to set it as the diameter.
[0076]
In addition, the second wiring conductor 11 has one end disposed at a portion of the first and second lids 7 facing the second electrode 5 of the electrolyte member 3, and the other end led out to the outer surface of each lid 7. Has been formed. Similar to the first wiring conductor 10, the second wiring conductor 11 is also formed integrally with the first and second lid bodies 7. The second wiring conductor 11 is formed so as to be 10 μm or more higher than the main surface of each of the first and second lids 7 on the second electrode 5 side so that both ends thereof can be easily brought into contact with the second electrode 5. Is desirable. In order to obtain this height, as described above, the printing conditions may be set to be thick when the conductor paste is formed by printing and coating.
[0077]
In addition, it is desirable to arrange a plurality of second wiring conductors 11 so as to oppose the second electrode 5, and to reduce electrical loss due to the second wiring conductors 11. The first and second lids 7 of the second wiring conductors 11 About a penetration part, it is preferred to set it as a diameter of 50 micrometers or more.
[0078]
The first wiring conductor 10, the second wiring conductor 11, and the external connection terminal 12 are nickel, copper, or gold that has good conductivity on the exposed surface and good corrosion resistance and wettability with the brazing material. When a metal such as platinum and palladium is deposited by plating, the first wiring conductor 10, the second wiring conductor 11, the first wiring conductor 10, the second wiring conductor 11, the external connection terminal 12, and the electrons The electrical connection with a mother board or the like for forming an electronic circuit as a main device can be made favorable.
[0079]
The electrical connection between the first and second wiring conductors 10 and 11 and the first and second electrodes 4 and 5 is such that the electrolyte member 3 is sandwiched between the base 6 and the first and second lids 7. The first and second wiring conductors 10 and 11 and the first and second electrodes 4 and 5 may be brought into pressure contact with each other to be electrically connected.
[0080]
Also, a first fluid flow is disposed inside the base 6 so that the openings at the bottom surfaces of the first and second recesses face each other from between the first and second recesses to the bottom surfaces of the respective recesses. A path 8 is formed. These first fluid flow paths 8 are passages of fluid supplied to the electrolyte member 3 such as a reformed gas rich in hydrogen gas or an oxidant gas such as air by a through hole or groove formed in the base 6. Or as a passage for fluid discharged from the electrolyte member 3 after the reaction, such as water produced by the reaction.
[0081]
A second fluid channel 9 is disposed on the main surface of each of the first and second lids 7 facing the second electrode 5, and the second fluid channel 9 is composed of the first and second lids. It is formed over each outer surface of the body 7. The second fluid flow path 9 is provided as a fluid passage similar to the first fluid flow path 8 by through holes or grooves formed in the first and second lid bodies 7.
[0082]
The through holes or grooves formed in the base 6 and the first and second lids 7 as the first fluid flow path 8 and the second fluid flow path 9 are evenly formed in the electrolyte member 3 such as fuel gas or oxidant gas. According to the specifications of the fuel cell 1, the diameter and number of the through holes, or the width, depth, and arrangement of the grooves may be determined.
[0083]
In the fuel cell container 2 and the fuel cell 1, the first fluid channel 8 and the second fluid channel 9 preferably have a hole of φ0.1 mm or more in order to allow fluid to flow through the electrolyte member 3 with uniform pressure. It is good to arrange with a diameter and a constant interval.
[0084]
In this way, the first fluid flow path 8 is made to face the main surface on the side where the first electrode 4 of the electrolyte member 3 is formed, and the second fluid is made to face the main surface on the side where the second electrode 5 is formed. By forming the flow path 9, fluid can be exchanged between the lower and upper main surfaces of the electrolyte member 3 and the first and second fluid flow paths 8 and 9, and the fluid is supplied through the respective flow paths. Or it will be discharged. For example, in the case of supplying a gas as a fluid, it is possible to prevent the partial pressure of the gas supplied to the first electrode 4 and the second electrode 5 of the electrolyte member 3 from decreasing, and a predetermined stable output voltage. Can be obtained. Further, since the supplied gas partial pressure is stabilized, the internal pressure of the fuel cell 1 is made uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member 3 can be suppressed, so that the reliability of the fuel cell 1 is improved. Can be made.
[0085]
With the above configuration, a small and robust fuel cell container 2 capable of accommodating the electrolyte member 3 as shown in FIG. 1 is obtained, and the fuel cell 1 incorporated in the electronic apparatus of the present invention capable of high efficiency control. Is obtained.
[0086]
Next, FIG. 2 is a sectional view showing another example of the embodiment of the fuel cell incorporated in the first electronic device of the present invention. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, 1 ′ is a fuel cell, 2 ′ is a fuel cell container, 3 is an electrolyte member, 4 is a first electrode, 5 is a second electrode, 6 is a base, 7 'is a first lid, 7 "is a second lid, 8 is a first fluid channel, 9 is a second fluid channel, 10' and 10" are first wiring conductors, 11 and 11 'Is the second wiring conductor.
[0087]
In the example shown in FIG. 2, the first wiring conductor 10 ′ has one end disposed at a portion facing the first electrode 4 of the electrolyte member 3 on the bottom surface of the first recess of the upper main surface of the base 6. Is led out so as to be electrically connected to the lower main surface of the base 6 so as to face the other end of the second wiring conductor 11 ′ led out to the outer surface of the second lid 7 ″. One end of the first wiring conductor 10 ″ is disposed at a portion facing the first electrode 4 of the electrolyte member 3 on the bottom surface of the second concave portion of the lower main surface of the base body 6, and the other end is the outer surface of the base body 6; It is derived to the side.
[0088]
The first wiring conductors 10 ′ and 10 ″ are formed integrally with the base 6, and are 10 μm or more higher than the bottom surfaces of the first and second recesses of the base 6 so that one end of the first wiring conductors 10 ′ and 10 ″ can be easily brought into contact with the first electrode 4. In order to obtain this height, when the conductor paste is formed by printing and coating as described above, the printing conditions may be set so as to increase the coating thickness. The first wiring conductors 10 ′, 10 ″ are preferably arranged to face the first electrode 4 so as to reduce the electrical loss due to the first wiring conductors 10 ′, 10 ″. The diameter of the through portion of the substrate 6 is preferably φ50 μm or more.
[0089]
As shown in FIGS. 1 and 2, according to the fuel cell containers 2, 2 ′ and the fuel cells 1, 1 ′, the electrolyte member 3 is accommodated in each of the first and second recesses on both main surfaces of the base 6. In addition, the first wiring conductors 10, 10 ′, 10 ″ and the second wiring conductors 11, 11 ′ are connected between the first electrodes 4 of the plurality of electrolyte members 3 or between the first electrode 4 and the second electrode 5. By electrically connecting the respective wiring conductors so as to take out the output as a whole from the electrolyte member 3 arranged at both ends of the circuit, the wiring can be freely made in three dimensions. Therefore, the plurality of electrolyte members 3 can be arbitrarily connected in series or in parallel, and as a result, the overall output voltage and output current can be adjusted efficiently. Electrolytically with electrolyte member 3 Satisfactorily made electric as a fuel cell can be taken out.
[0090]
Next, FIGS. 3 to 6 are cross-sectional views illustrating other examples of the embodiment of the fuel cell incorporated in the second to fifth electronic devices of the present invention.
[0091]
In these figures, 21, 31, 41, 51 are fuel cells, 22, 32, 42, 52 are fuel cell containers, 3 is an electrolyte member, 4 is a first electrode, 5 is a second electrode, 6 is a substrate, 7 is a lid, 8 is a first fluid channel, 9 is a second fluid channel, 10 is a first wiring conductor, 11 is a second wiring conductor, 12 is a terminal for external connection, 13 is a third wiring conductor, and 14 Is a fourth wiring conductor, 15 is a fifth wiring conductor, 16 is a sixth wiring conductor, 17 is a seventh wiring conductor, and 18 is an eighth wiring conductor.
[0092]
3 to 6, the reference numerals 3 to 12 denote the same parts as those in FIG.
[0093]
The third wiring conductor 13 of FIG. 3 has one end disposed at a portion facing the first electrode 4 of the electrolyte member 3 on one bottom surface of the plurality of first and second recesses of the base 6, and the other end of the third wiring conductor 13. The other bottom surface of the first and second recesses is disposed at a portion facing the first electrode 4 of the other electrolyte member 3 and is formed integrally with the base 6. The third wiring conductor 13 is preferably formed so as to be 10 μm or more higher than the bottom surfaces of the first and second recesses of the base 6 so that both ends thereof can be easily brought into contact with the first electrode 4. In order to obtain this height, as described above, when the conductor paste is formed by printing and coating, the printing conditions may be set so as to increase the coating thickness. Further, it is desirable to arrange a plurality of third wiring conductors 13 so as to face the first electrode 4 so as to reduce the electric loss caused by the third wiring conductors 13. The through-hole portion of the base 6 of the third wiring conductor 13 is φ50 μm or more. It is preferable to set it as the diameter.
[0094]
The fourth wiring conductor 14 of FIG. 4 has one end disposed at a portion facing the first electrode 4 of the electrolyte member 3 on one bottom surface of the plurality of first and second recesses of the base 6 and the other end being the base. 6 is led out to the part where the upper cover 7 is attached. In addition, the fifth wiring conductor 15 has one end disposed on the lower surface of the lid body 7 at a portion facing the second electrode 5 of the other electrolyte member 3 of the first and second recesses, and the other end is the first. The first and second lids 7 are formed so as to be led out so as to face the other end of the fourth wiring conductor 14 at a portion attached to the upper surface of the base 6 on the lower surface.
[0095]
Similar to the third wiring conductor 13, the fourth wiring conductor 14 is formed integrally with the base body 6, and the first and second portions of the base body 6 are arranged so that one end thereof can be easily brought into contact with the first electrode 4. It is desirable to form it 10 μm or more higher than the bottom surface of the recess. In order to obtain this height, as described above, when the conductor paste is formed by printing and coating, the printing conditions may be set so as to increase the coating thickness. Further, it is desirable that a plurality of fourth wiring conductors 14 be arranged opposite to the first electrode 4 to reduce the electrical loss due to the fourth wiring conductors 14, and the through portion of the base 6 of the fourth wiring conductor 14 is φ50 μm or more. It is preferable to set it as the diameter.
[0096]
Similarly to the second wiring conductor 11, the fifth wiring conductor 15 is formed integrally with the first and second lid bodies 7, and the first and second wiring conductors 15 are easily formed in contact with the second electrode 5. It is desirable to form it so as to be 10 μm or more higher than the lower surface of the lid body 7. In order to obtain this height, as described above, when the conductor paste is formed by printing and coating, the printing conditions may be set so as to increase the coating thickness. Further, it is desirable that a plurality of fifth wiring conductors 15 are also arranged opposite to the second electrode 5 to reduce the electric loss caused by the fifth wiring conductors 15, and the through portion of the lid 7 of the fifth wiring conductor 15 is φ50 μm. It is preferable to set it as the above diameter.
[0097]
The sixth wiring conductor 16 in FIG. 5 has one end disposed at a portion facing the first electrode 4 of the electrolyte member 3 on the bottom surface of the first and second recesses of the base 6, and the other end of the first wiring conductor 16 having the same first and second ends. The bottom surface of the second recess is disposed at a portion facing the other first electrode 4 of the electrolyte member 3 and is formed integrally with the base 6.
[0098]
The sixth wiring conductor 16 is desirably formed so as to be at least 10 μm higher than the bottom surfaces of the first and second recesses of the base 6 so that both ends thereof are easily brought into contact with the first electrode 4. In order to obtain this height, as described above, when the conductor paste is formed by printing and coating, the printing conditions may be set so as to increase the coating thickness. Further, it is desirable that a plurality of third wiring conductors 13 be arranged opposite to the first electrode 4 to reduce electrical loss due to the sixth wiring conductor 16, and the through-hole portion of the base 6 of the sixth wiring conductor 16 is φ50 μm or more. It is preferable to set it as the diameter.
[0099]
The seventh wiring conductor 17 in FIG. 6 has one end disposed on the bottom surface of the first and second recesses of the base 6 and facing one first electrode 4 of the plurality of electrolyte members 3, and the other end is the base. 6 is led out to the part where the upper cover 7 is attached. In addition, the eighth wiring conductor 18 has one end disposed on the lower surface of the first and second lids 7 facing the other second electrode 5 of the plurality of electrolyte members 3, and the other end of the eighth wiring conductor 18. The first and second lids 7 are formed so as to be opposed to the other end of the seventh wiring conductor 17 at a portion attached to the upper surface of the base 6 on the lower surface of the first and second lids 7.
[0100]
Similar to the third wiring conductor 13, the seventh wiring conductor 17 is formed integrally with the base body 6, and 10 μm or more from the bottom surface of the concave portion of the base body 6 so that one end of the seventh wiring conductor 17 can easily come into contact with the first electrode 4. It is desirable to form so as to be higher. In order to obtain this height, as described above, when the conductor paste is formed by printing and coating, the printing conditions may be set so as to increase the coating thickness. Further, it is desirable that a plurality of seventh wiring conductors 17 be arranged opposite to the first electrode 4 to reduce electrical loss due to the seventh wiring conductors 17 and the through portion of the base 6 of the seventh wiring conductor 17 is φ50 μm or more. It is preferable to set it as the diameter.
[0101]
Similarly to the second wiring conductor 11, the eighth wiring conductor 18 is formed integrally with the lid body 7, and one end of the first and second lid bodies 7 can be easily brought into contact with the second electrode 5. It is desirable to form it 10 μm or more higher than the lower surface. In order to obtain this height, as described above, when the conductor paste is formed by printing and coating, the printing conditions may be set so as to increase the coating thickness. In addition, it is desirable that a plurality of the eighth wiring conductors 18 be arranged to face the second electrode 5 to reduce the electric loss caused by the eighth wiring conductors 18, and the first and second lid bodies 7 of the eighth wiring conductors 18 are reduced. About a penetration part, it is preferred to set it as a diameter of 50 micrometers or more.
[0102]
As shown in FIGS. 3 and 4, according to the fuel cell containers 22 and 32 and the second and third fuel cells 21 and 31 incorporated in the second and third electronic devices of the present invention, a plurality of The electrolyte member 3 is accommodated in each of the first and second recesses of the base body 6 having the first and second recesses, and the third wiring conductor 13 or the fourth wire extends between the ends of the adjacent first and second recesses. The wiring conductor 14 and the fifth wiring conductor 15 are arranged, and the first electrode 4 of the plurality of electrolyte members 3 or the first electrode 4 and the second electrode 5 are electrically connected to become both ends. By electrically connecting the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 to the electrolyte member 3 disposed at the position so as to take out the output as a whole, the first to third wiring conductors 10, 11, 13 and the first, second, fourth and fourth Since it is three-dimensionally freely wired by the wiring conductor 10, 11, 14, 15, it is possible to arbitrarily connected in series or parallel connection of a plurality of electrolyte member 3. As a result, the overall output voltage and output current can be adjusted efficiently, so that a fuel cell that can satisfactorily take out the electricity electrochemically generated by the plurality of electrolyte members 3 is provided. Become.
[0103]
As shown in FIGS. 5 and 6, according to the fuel cell containers 42 and 52 and the fourth and fifth fuel cells 41 and 51 incorporated in the fourth and fifth electronic devices of the present invention, The plurality of electrolyte members 3 are accommodated in the first and second recesses, and the sixth wiring conductor 16 or the seventh wiring conductor 17 and the eighth wiring conductor 18 are disposed, and the first electrodes of the plurality of electrolyte members 3 are disposed. 4, or between the first electrode 4 and the second electrode 5, and the first wiring conductor 10 and the first wiring conductor 10 so as to take out the output as a whole to the electrolyte member 3 arranged at both ends. By electrically connecting the second wiring conductor 11 to each other, the first, second and sixth wiring conductors 10, 11, 16 and the first, second, seventh and eighth wiring conductors 10, 11, 17 are provided. , 18 can be freely wired three-dimensionally, Optionally it is possible to be connected in series or parallel connection quality member 3. As a result, the overall output voltage and output current can be adjusted efficiently, so that a fuel cell that can satisfactorily take out the electricity electrochemically generated by the plurality of electrolyte members 3 is provided. Become.
[0104]
Various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the first fluid channel 8 and the second fluid channel 9 may be provided with inflow ports from the side surfaces of the base body 6 or the lid body 7 in order to reduce the height of the entire fuel cell. This is effective in reducing the size especially for portable electronic devices. Further, the first and second wiring conductors 10 and 11 are arranged so that the other ends led out to the outer surfaces of the base body 6 and the lid body 7 are pulled out to the side surfaces on the same side, and the external connection terminals 12 are connected. It may be aggregated. According to this, wiring and flow paths can be integrated on one side of the fuel cell, facilitating miniaturization and protection of joints to the outside, enabling a highly reliable design, and The fuel cell can be operated stably.
[0105]
Next, an electronic device according to the present invention having the fuel cell as a power source will be described.
[0106]
Since the electronic device of the present invention has the fuel cell as described above as a power source, it has various effects as described below and can be stably operated over a long period of time with a small size and a low profile. Furthermore, it is superior in safety and convenience.
[0107]
According to the electronic device of the present invention, in the fuel cell as a power source, the external connection terminal 12 (positive electrode terminal and negative electrode terminal) portion can be easily electrically connected to the circuit board of the electronic device and is detachable. For example, replacement with a new fuel cell is very easy and the convenience is very high.
[0108]
In addition, since the fuel cell and the fuel cell container configured by the base body 6 using the multilayer ceramic are used as the power source, the electric wiring of the fuel cell can be freely made, so that a plurality of electrolyte members can be connected in series. It is easy, and the electronic device can be a small, low-profile, and lightweight electronic device.
[0109]
Furthermore, since the substrate 6 is made of multilayer ceramic, resistance, capacitance, and inductance can be formed inside the substrate 6.
[0110]
As described above, when a large capacity capacitance is formed in the base body 6 in parallel with the fuel cell, for example, when the current output from the fuel cell becomes insufficient, the insufficient current is generated. It is possible to ensure the current supply according to the target output current by being compensated. Similarly, since a booster circuit can be formed using resistance, capacitance, and inductance, it is possible to secure a voltage necessary for an electronic device.
[0111]
In addition, when forming resistance, a capacitance, and an inductance in the inside of the base | substrate 6 in this way, it is preferable that the base | substrate 6 consists of a glass ceramic sintered compact.
[0112]
For example, a glass ceramic sintered body is composed of a glass component and a filler component.2-B2O3System, SiO2-B2O3-Al2O3System, SiO2-B2O3-Al2O3-MO system (where M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO2-Al2O3-M1OM2O system (however, M1And M2Are the same or different and represent Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO2-B2O3-Al2O3-M1OM2O system (however, M1And M2Is the same as above), SiO2-B2O3-M3 2O system (however, M3Represents Li, Na or K), SiO2-B2O3-Al2O3-M3 2O system (however, M3Is the same as described above), Pb-based glass, Bi-based glass and the like.
[0113]
Moreover, as a filler component, for example, Al2O3, SiO2, ZrO2And TiO, a complex oxide of alkaline earth metal oxides2Al oxide of alkaline earth metal oxide, Al2O3And SiO2And composite oxides containing at least one selected from (for example, spinel, mullite, cordierite).
[0114]
Moreover, it is preferable that the mixing ratio of these glass and a filler is 40: 60-99: 1 by mass ratio.
[0115]
As the organic binder blended in the glass ceramic green sheet, those conventionally used for ceramic green sheets can be used. For example, acrylic (acrylic acid, methacrylic acid or ester homopolymer or copolymer) Polymer, specifically acrylic ester copolymer, methacrylic ester copolymer, acrylic ester-methacrylic ester copolymer, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene, polypropylene Examples include carbonate-based and cellulose-based homopolymers or copolymers.
[0116]
The glass ceramic green sheet is obtained by adding a predetermined amount of plasticizer and solvent (organic solvent, water, etc.) to the glass powder, filler powder, and organic binder as necessary to obtain a slurry, which is then used as a doctor blade, rolled, calender. It is obtained by molding to a thickness of about 50 to 500 μm with a roll, a die press or the like.
[0117]
In order to form a conductor pattern on the surface of the glass ceramic green sheet, for example, a paste of conductor material powder is printed by a screen printing method or a gravure printing method, or a metal foil having a predetermined pattern shape is transferred. A method is mentioned. Examples of the conductor material include one or more of Au, Ag, Pd, Pt, and the like. In the case of two or more, any form such as mixing, alloy, coating, etc. may be used.
[0118]
In the case of forming a high-capacity capacitance, for example, a layer made of an inorganic powder having a high dielectric constant such as barium titanate (hereinafter referred to as a barium titanate layer) is formed inside a substrate made of glass ceramic. In this case, first, a slurry containing ceramic powder and glass powder is formed to obtain a plurality of green sheets, and then a metal paste to be a lower electrode layer is printed on the green sheets, and then A dielectric layer made of barium titanate or the like is printed on the lower electrode layer by screen printing to form a dielectric layer, and a metal paste is printed on the dielectric layer to form an upper electrode layer. These green sheets are laminated and the laminate is fired.
[0119]
When the resistor is formed inside the substrate, RuO2, IrO2, RhO2, SnO2And LaB6Is formed by applying a resistor paste mainly composed of, for example, a predetermined pattern to the green sheet by a method such as screen printing or gravure printing in the same manner as the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11. be able to.
[0120]
An internal circuit is preferably formed on the base 6 of the fuel cell 1. Thereby, the electronic component electrically connected to the internal circuit on the surface of the base 6 can be mounted. Therefore, the functionality of the electronic device can be improved by the electronic component mounted on the surface of the base 6.
[0121]
Moreover, it is preferable that an electronic component electrically connected to the internal circuit is provided on the surface of the base 6 of the fuel cell 1. As a result, the concentration of the fuel in the fluid flow path is detected by the concentration sensor using, for example, a sensor or a control IC as an electronic component, thereby suppressing optimal circulation, fuel dilution, and reduction in fuel utilization efficiency. It becomes possible to do.
[0122]
In the fuel cell 1, for example, lead zirconate titanate (PZT; composition formula: Pb (Zr, Ti) O) is provided in the middle of at least one of the first and second fluid flow paths 8 and 9.3A piezoelectric pump using a piezoelectric material such as a so-called micro pump is preferably provided. As a result, the small piezoelectric pump can prevent the back flow of the fuel, thereby preventing the contamination of the unused fuel by the reactants, etc., and the remaining air is discharged, so that the operation of the electronic device It is possible to avoid the air staying in the air from being adversely affected. Further, the fuel is supplied at a constant rate. As a result, stable power generation is performed, and the fuel is smoothly supplied, so that the startup time is shortened.
[0123]
The piezoelectric pump includes an inflow portion, a variable volume portion, and an outflow portion. The volume variable portion can be manufactured by, for example, providing a piezoelectric material outside the first and second fluid flow paths 8 and 9, and utilizing the expansion and contraction of the piezoelectric material according to the applied voltage. The portion above the first and second fluid flow paths 8 and 9 can be vibrated. Thereby, the volume of the 1st and 2nd fluid flow paths 8 and 9 can be varied, and it can function as a pump.
[0124]
The inflow portion and the outflow portion are composed of first and second fluid flow paths 8 and 9 connected to the variable volume portion, and are used to flow fuel into and out of the variable volume portion. Preferably, the cross-sectional area of the outflow portion is larger than the cross-sectional area of the inflow portion. Thereby, when the pressure of the fuel in the outflow portion is reduced and the volume variable portion functions as a pump, the fuel flows to the outflow portion side where the pressure is small, and the fuel can be sent well in a certain direction. Note that a backflow prevention valve that prevents backflow of fuel may be provided in the inflow portion and the outflow portion.
[0125]
In such a piezoelectric pump, an organic or inorganic material is used as a piezoelectric material, and the piezoelectric material is bonded after firing a ceramic green sheet serving as a base body 6 or a lid body 7, or In the case of using a ceramic piezoelectric material such as PZT, the ceramic piezoelectric material can be manufactured by attaching the ceramic piezoelectric material to a predetermined position of the ceramic green sheet and firing it at the same time.
[0126]
Further, the fuel cell 1 does not need to make unnecessary electrical contact with the electrolyte member 3 other than the first and second wiring conductors 10 and 11 having one end disposed inside the container. Because it is highly reliable, it is excellent in reliability and safety.
[0127]
As described above, according to the electronic device of the present invention, an electronic device that is excellent in compactness, simplicity, and safety, and can be stably operated over a long period of time by an even supply of fluid and highly efficient electrical connection. Can be provided.
[0128]
Specifically, the electronic device of the present invention includes portable electronic devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), toys such as digital cameras, video cameras, and game machines, and notebook PCs (personal computers). ) And other portable printers, fax machines, televisions, communication equipment, audio-video equipment, electric appliances such as electric fans, and electronic equipment such as electric tools.
[0129]
In recent years, these electronic devices have been added with a function of moving image display using a liquid crystal display device or the like. Such a video display consumes a large amount of power, so that an electronic device using a conventional storage battery cannot be operated in a short time, whereas the electronic device of the present invention supplies a very long time power. It is equipped with a fuel cell that can perform long-time operation even when moving images are displayed.
[0130]
As an electronic apparatus of the present invention, for example, in the case of a mobile phone, a central processing unit (CPU) 111, a control unit 112, a random access memory (RAM) 113, a read-on memory (as shown in the block diagram of FIG. ROM) 114, input unit 115 for inputting data operated by the user to CPU 111, antenna 116, and a signal received by antenna 116 is demodulated and supplied to control unit 112 and supplied from control unit 112 A radio unit 117 that modulates the received signal and transmits the signal from the antenna 116, a speaker 118 that makes a sound based on a ringing signal from the control unit 112, and a light emitting diode (LED) that is turned on, off, or blinks under the control of the control unit 112 ) 119, a display unit 120 that displays information by a signal from the control unit 112, and a control unit 112 A vibrator 121 that vibrates by a drive signal, a user's voice is converted into a voice signal and transmitted to the control unit 112, a voice signal from the control unit 112 is converted into a voice and output, and each unit The power supply unit 123 supplies power, and the power supply unit 123 incorporates the fuel cell and the fuel cell container of the present invention.
[0131]
In this case, the fuel cell and the fuel cell container are excellent in compactness, simplicity and safety, and can supply power for a long time with an even supply of fuel and highly efficient electrical connection. It is possible to reduce the height and weight.
[0132]
Also, considering that recent mobile phones are sufficient in terms of miniaturization and low profile, the space created by miniaturization and low profile of the fuel cell in this way, for example, a camera or video Electronic components having functions other than the telephone function can be newly incorporated, and further multi-function can be achieved.
[0133]
Further, instead of newly incorporating an electronic component, an impact absorbing material, a preventing member or the like can be provided so as to protect the main electronic circuit. In this case, it is also possible to have a structure that can make the impact resistance when a shock is applied to the mobile phone main body due to dropping or the like, the waterproofness when used in rain, etc. stronger than before.
[0134]
In addition, by making it possible to reduce the size of the electric circuit inside the mobile phone body, there are fewer restrictions on the external shape of the mobile phone body, for example, making the mobile phone a shape that is easy for an elderly person or child to grip. It becomes possible to form an outer shape with excellent design.
[0135]
Further, when the structure of the power supply unit 123 is a structure in which the fuel cell and the fuel cell container are detachable as described above, if a spare fuel cell and the fuel cell container are prepared, the battery will run out. Can be easily replaced with a spare fuel cell and a fuel cell, or the fuel cell can be taken out and refueled or replaced. It is more convenient than the one used as a power source.
[0136]
In addition, since the replaced (used) fuel cell can be reused immediately by replenishing fuel, it is more convenient than charging, and resources can be used effectively. In addition, there is an advantage that it can be used in an emergency such as a long-term power outage due to a natural disaster or the like or outdoors.
[0137]
In the case of a notebook PC (personal computer), a personal computer main body, a first housing containing a keyboard for inputting predetermined data to the personal computer main body, data input by the keyboard, or a personal computer And a second housing containing a display for displaying data processed by the main body, the second housing is attached to the first housing so as to be openable and closable, and power is supplied to each part. The power supply unit to be configured has a basic configuration in which the first casing is configured, and a fuel cell and a fuel cell container are incorporated in the power supply unit. In this case, similar to the above-described mobile phone, the fuel cell and the fuel cell container incorporated in the electronic device of the present invention are excellent in compactness, simplicity and safety, and are long due to the uniform supply of fuel and highly efficient electrical connection. Since power can be supplied for a long time, the laptop PC (personal computer) can be made compact, low-profile, lighter and more multifunctional, and can accommodate larger displays and higher resolutions. It is possible to supply a large current stably and over a long period of time, making the display easy to see, and reducing the burden on the weight and volume when carrying the portable PC (personal computer). be able to.
[0138]
In addition, when the structure of the power supply unit is a structure in which the fuel cell and the fuel cell container are detachable, if the spare fuel cell and fuel cell container of the present invention are prepared, the mobile body such as outdoors or passenger aircraft can be used. In a situation where only the secondary battery is used, there is an advantage that it is possible to supply power for a long time dramatically compared to the conventional case. Further, even when used in a public place as described above, since it is excellent in safety, it can be used without being restricted and is extremely convenient.
[0139]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiments, methanol is used as a fuel as a fuel cell. However, it is also possible to use a fuel cell using various liquids such as dimethyl ether as fuel.
[0140]
【The invention's effect】
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, the first concave portion for accommodating the electrolyte member having the first and second electrodes on the both main surfaces is the upper main surface, and the second concave is the lower main surface. And the first and second recesses which are attached to the upper surface around the first and second recesses of the substrate so as to cover the first and second recesses, respectively. Since the first and second lids are provided, the fuel cell container is hermetically sealed to prevent leakage of fluid such as gas, and a container such as a package is provided in addition to the container. Since there is no need, it is possible to obtain an electronic device that can be operated efficiently, can be used with high functionality and can be used stably, and is effective for miniaturization and low profile.
[0141]
Further, since the two-layer structure having the first and second recesses for accommodating a plurality of electrolyte members on both principal surfaces of the base body, space saving can be achieved. Furthermore, the substrate is formed of a multilayer ceramic body having first and second recesses on the upper main surface and the lower main surface, respectively, and a first and second lid for sealing the first and second recesses, respectively. Since a plurality of electrolyte members can be accommodated in a box to be a fuel cell, the electrolyte member is not exposed to the outside of the container and damaged, and the mechanical reliability of the fuel cell as a whole Will improve. Therefore, since the protective member for the fuel cell is unnecessary, a small and low-profile electronic device can be provided.
[0142]
In addition to the first and second wiring conductors, one end of which is disposed inside the container composed of the first and second recesses and the first and second lids, unnecessary electrical contact is made to the electrolyte member itself. Therefore, a fuel cell with high reliability and safety can be obtained, and an electronic device with high long-term reliability and safety can be provided.
[0143]
In addition, since such a fuel cell has external connection terminals (a positive electrode terminal and a negative electrode terminal) on at least one of the base and the lid, it can be easily electrically connected to a circuit board of an electronic device. Can be attached and detached freely. Therefore, the fuel cell can be easily replaced with a new one without using a facility equipped with special safety equipment, and the convenience of the electronic device can be enhanced.
[0144]
Furthermore, by using multilayer ceramics as the constituent material of the fuel cell container, various gases and liquids can be used without considering corrosivity, and the power supply efficiency can be easily improved. In addition, since wiring conductors can be freely formed on the ceramics of each layer forming the multilayer ceramic by a conventionally well-known metallization method, the electric wiring of the fuel cell can be freely performed. Connection is easy, and the electronic device can be dramatically reduced in size, height and weight. That is, according to the second electronic device of the present invention, one end formed on the base is opposed to the first electrode of the electrolyte member at one bottom surface of the first and second recesses, and the other end is the first and second. Since the third wiring conductor facing the first electrode of the electrolyte member is provided on the other bottom surface of the second recess, they are connected in parallel by electrically connecting a plurality of electrolyte members. It becomes possible. As a result, since the output current of the entire fuel cell can be adjusted, the electricity electrochemically generated by the electrolyte member can be taken out in a good state, the current is stable over a long period, and the reliability is excellent. An electronic device can be provided.
[0145]
According to the third electronic device of the present invention, one end formed on the base is opposed to the first electrode of the electrolyte member at one bottom surface of the first and second recesses, and the other end is a lid of the base. A fourth wiring conductor led to the upper surface to which the body is attached, one end facing the second electrode of the other electrolyte member of the first and second recesses on the lower surface of the lid body, and the other end of the lid Since the lower surface acquired on the upper surface of the body base body includes the fifth wiring conductor led out to face the other end of the fourth wiring conductor, the plurality of electrolyte members are electrically connected. It becomes possible to connect them in series. As a result, even when the voltage is generated by each electrolyte member, even if it is a minute voltage, the total voltage can be adjusted by series connection. Therefore, the electricity generated electrochemically by the electrolyte member can be externally maintained in good condition. An electronic device that can be taken out, has a stable voltage over a long period, and has excellent reliability can be provided.
[0146]
According to the fourth electronic device of the present invention, one end formed on the base is opposed to one first electrode of the electrolyte member at the bottom surface of the first and second recesses, and the other end is the first and second. Since it has a sixth wiring conductor facing the other first electrode of the electrolyte member at the bottom surface of the second recess, they are connected in parallel by electrically connecting a plurality of electrolyte members. It becomes possible. As a result, since the output current of the entire fuel cell can be adjusted, the electricity electrochemically generated by the electrolyte member can be taken out in a good state, the current is stable over a long period, and the reliability is excellent. An electronic device can be provided.
[0147]
According to the fifth electronic device of the present invention, one end formed on the base is opposed to one first electrode of the electrolyte member at the bottom of the first and second recesses, and the other end is a lid of the base. The seventh wiring conductor led to the upper surface to which the body is attached, one end facing the other second electrode of the electrolyte member on the lower surface of the lid body, and the other end obtained on the upper surface of the base body of the lid body A fuel cell having an eighth wiring conductor led out to face the other end of the seventh wiring conductor is used on the lower surface of the fuel cell. They can be connected in series by being electrically connected. As a result, even when the voltage is generated by each electrolyte member, even if it is a minute voltage, the total voltage can be adjusted by series connection. Therefore, the electricity generated electrochemically by the electrolyte member can be externally maintained in good condition. It is possible to provide an electronic device that can be taken out, has a stable voltage over a long period of time, and has excellent reliability.
[0148]
Further, in such a fuel cell, the first fluid channel formed in the substrate from between the first and second recesses to the bottom surface of each recess and the second electrode of the electrolyte member so as to face each other. And the second fluid channel formed from the main surfaces of the first and second lids on the first and second recess sides to the respective outer surfaces, and therefore, each fluid channel sandwiches the electrolyte member. Thus, since they are provided on the opposing inner wall surfaces, the uniform supply of the fluid supplied to the electrolyte member can be improved. According to such a fluid path, since the fluid flows perpendicularly to the electrolyte member, for example, when the fluid is hydrogen gas or an aqueous methanol solution and air (oxygen) gas, the electrolyte member is on the lower side and There is an effect that a predetermined stable output voltage can be obtained without lowering each gas partial pressure supplied to the first and second electrodes respectively provided on the upper main surface.
[0149]
Further, since the pressure of the fluid to be supplied, for example, the gas partial pressure is stabilized, the distribution of the internal temperature of the fuel cell container is made uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member can be suppressed. Therefore, it is possible to provide an electronic device with higher reliability.
[0150]
Further, first and second recesses for accommodating the electrolyte members are provided on the main surfaces on both sides, and the first fluid channel and the second fluid channel are respectively provided in the first and second lids that are attached to cover the first and second recesses. Since the structure is provided, the volume output density of the fuel cell can be improved.
[0151]
Furthermore, since each fluid flow path is formed in the base body and the lid body, each fluid flow path is excellent in hermeticity and originally two types of raw material fluids (for example, oxygen gas and the like) that should be isolated from each other in the flow path (Hydrogen gas or methanol, etc.) is not mixed so that the function as a fuel cell is not manifested, and there is no risk of ignition or explosion after a flammable fluid is mixed at a high temperature. Therefore, a safe fuel cell can be provided.
[0152]
Further, according to the first to fifth electronic devices of the present invention, the plurality of electrolyte members are electrically connected in parallel at a short distance by electrically connecting the other ends of the first wiring conductors. Can be connected with low resistance wiring. As a result, since the output current of the entire fuel cell can be adjusted, it is possible to provide a fuel cell having a planar stack structure in which the electricity electrochemically generated by the electrolyte member can be taken out in a good state. .
[0153]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, when the other end of the first wiring conductor and the other end of the second wiring conductor are electrically connected, a plurality of electrolyte members are provided. It can be electrically connected in a short distance in series and can be connected with a low resistance wiring. As a result, even when the voltage is generated by each electrolyte member, even if it is a minute voltage, the total voltage can be adjusted by series connection. A fuel cell having a planar stack structure that can be taken out can be provided.
[0154]
In addition, since the electrolyte member is accommodated on each of the main surfaces on both sides of the base, and the first and second wiring conductors formed inside the base and the first and second lids are connected, the two-layer structure is used. Since the length can be shortened, the resistance can be reduced.
[0155]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, in the above configuration, when the first fluid channel is arranged with the openings in the bottom surfaces of the first and second recesses facing each other. Even if a plurality of these first fluid flow paths are provided on substantially the entire bottom surfaces of the first and second recesses, the fuel supply port can be easily connected between the first and second recesses. Since only one place can be used and it is not necessary to provide a complicated fuel supply system, fuel supply to the electrolyte member can be facilitated and space can be saved.
[0156]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, the electrolyte members are accommodated in the first and second recesses, respectively, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are disposed in the first and second fluid flow paths. And the first and second wiring conductors are electrically connected to the first and second electrodes and electrically connected to the external connection terminals, respectively. Since the first and second lids are attached to the upper surfaces around the first and second recesses of the base so as to cover the respective recesses, the above features of the fuel cell container of the present invention are provided. In addition, it is possible to obtain an electronic device that is low in profile, highly functional, and highly efficient, using a reliable fuel cell that is compact, robust, can supply fuel evenly, and can perform highly efficient electrical connections. A plurality of electrolyte members Since it is possible to connect in parallel, the output current of the entire fuel cell can be adjusted, or the total voltage can be adjusted by connecting a plurality of electrolyte members in series. The generated electricity can be taken out to the circuit board of the electronic device in a good state.
[0157]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, at least one of the first wiring conductor and the second wiring conductor is formed around the opening of the first fluid channel on the bottom surface of the first and second recesses or The first electrode or the second electrode of the electrolyte member is formed around the opening of the second fluid flow path on the lower surface of the first and second lids so as to contact the first electrode or the second electrode. The entire region excluding the opening of the first fluid channel or the second fluid channel of the two electrodes and the first wiring conductor or the second wiring conductor can be directly contacted to be electrically connected. Therefore, the contact area between the first electrode and the first wiring conductor of the electrolyte member and the contact area between the second electrode and the second wiring conductor can be increased and can be directly connected, and the electrical resistance is increased and the contact is poor. Therefore, it is possible to provide an electronic device having high power generation efficiency.
[0158]
According to the first to fifth electronic devices of the present invention, since the substrate is made of multilayer ceramic, the metal layer is formed in various shapes and electrical characteristics on the surface of the ceramic layer located inside by a metallization method or the like. Therefore, an electronic circuit element that functions as resistance, capacitance, inductance, or the like can be formed inside the substrate. Therefore, for example, when a large capacity capacitor is formed in parallel with the fuel cell, when the current output from the fuel cell becomes insufficient, the insufficient current is compensated to meet the target output current. It is possible to ensure a sufficient current supply. In addition, since a booster circuit can be formed, a voltage necessary for the electronic device can be secured.
[0159]
In addition, according to the first to fifth electronic devices of the present invention, since the internal circuit is formed on the base, it is possible to mount an electronic component that is electrically connected to the internal circuit on the surface of the base. Therefore, the functionality of the electronic device can be improved by the electronic component mounted on the substrate surface.
[0160]
Further, according to the first to fifth electronic devices of the present invention, since the electronic component electrically connected to the internal circuit is provided on the surface of the base, for example, a sensor, a control IC or the like is used as the electronic component. By using the concentration sensor to detect the concentration of the fuel in the fluid flow path, it is possible to suppress optimal circulation, fuel dilution, and reduction in fuel utilization efficiency.
[0161]
In addition, according to the first to fifth electronic devices of the present invention, since the piezoelectric pump is provided in the middle of at least one of the first and second fluid flow paths, a small size attached to the fluid flow path. Piezoelectric pumps can prevent backflow of fuel and consequently prevent contamination of unused fuel by reactants, etc. Also, since the remaining air is discharged, the air staying in the operation of electronic equipment Avoiding adverse effects. Furthermore, the fuel is supplied at a constant rate. As a result, stable power generation is performed and the fuel is smoothly supplied, so that the startup time can be increased. As a result, for example, even after a fuel cell or fuel cartridge is replaced with a new one or after fuel is replenished, the electronic device can be used immediately, compared to a conventional electronic device using a chemical cell or the like. In addition, it is possible to provide an electronic device having convenience that is comparable to the above.
[0162]
From the above, according to the electronic device of the present invention, by using a fuel cell that is excellent in compactness, simplicity, and safety, and that enables uniform supply of fluid and highly efficient electrical connection, In addition, it is possible to provide an electronic device that can be stably operated over a long period of time and is excellent in safety and convenience.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell incorporated in an electronic apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the fuel cell incorporated in the electronic apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the fuel cell incorporated in the electronic apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the fuel cell incorporated in the electronic apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the fuel cell incorporated in the electronic apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the fuel cell incorporated in the electronic apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of an embodiment of an electronic device according to the invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional fuel cell.
[Explanation of symbols]
1, 1 ', 21, 31, 41, 51: Fuel cell
2, 2 ', 22, 32, 42, 52: Container for fuel cell
3: Electrolyte member
4: First electrode
5: Second electrode
6, 6 ': substrate
7, 7 ': lid
8: First fluid flow path
9: Second fluid flow path
10, 10 ', 10 ": first wiring conductor
11, 11 ': second wiring conductor
12: External connection terminal
13: Third wiring conductor
14: Fourth wiring conductor
15: Fifth wiring conductor
16: Sixth wiring conductor
17: Seventh wiring conductor
18: Eighth wiring conductor
111: Central processing unit (CPU)
112: Control unit
113: Random access memory (RAM)
114: Read-on memory (ROM)
115: Input unit
116: Antenna
117: Radio section
118: Speaker
119: Light emitting diode (LED)
120: Display unit
121: Vibrator
122: Transmitter / receiver
123: Power supply unit

Claims (10)

電源として燃料電池を有している電子機器であって、前記燃料電池は、両側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する第１凹部を上側主面に、第２凹部を下側主面に有する多層セラミックスから成る基体と、基体の内部に前記第１および第２凹部の間からそれぞれの凹部の底面にかけて形成された第１流体流路と、前記電解質部材の前記第１電極に対向するように前記第１および第２凹部のそれぞれの底面に一端が配設され、他端が前記基体の外面に導出された第１配線導体と、前記基体の前記第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれ前記第１および第２凹部を覆って取着される、前記第１および第２凹部を気密に封止する第１および第２蓋体と、前記電解質部材の前記第２電極に対向するように前記第１および第２蓋体の前記第１および第２凹部側の主面からそれぞれの外面にかけて形成された第２流体流路と、前記電解質部材の前記第２電極に対向する前記第１および第２蓋体の前記第１および第２凹部側の主面に一端が配設され、他端がそれぞれの外面に導出された第２配線導体と、前記基体および前記蓋体の少なくとも一方に形成された外部接続用端子とを具備する燃料電池用容器を有しており、燃料電池用容器の前記第１および第２凹部に前記電解質部材を収容して、電解質部材の前記下側および上側主面を前記第１および第２流体流路との間でそれぞれ流体がやりとり可能なように配置するとともに、前記第１および第２配線導体を前記第１および第２電極にそれぞれ電気的に接続し、前記基体の前記第１および第２凹部の周囲の上面にそれぞれの凹部を覆って前記第１および第２蓋体を取着して成ることを特徴とする電子機器。An electronic device having a fuel cell as a power source, wherein the fuel cell has a first recess for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on both main surfaces, and a second recess on the upper main surface. A base made of multilayer ceramic on the lower main surface, a first fluid channel formed in the base from between the first and second recesses to a bottom surface of each recess, and the first of the electrolyte member One end is disposed on the bottom surface of each of the first and second recesses so as to face one electrode, and the other end is led to the outer surface of the base, and the first and second of the base Two first and second lids hermetically sealing the first and second recesses, which are attached to the upper surfaces around the two recesses to cover the first and second recesses, respectively, and the electrolyte member The first and the second so as to face the second electrode A second fluid channel formed from the main surface of the two lids on the first and second recess sides to the outer surface thereof, and the first and second lids facing the second electrode of the electrolyte member. A second wiring conductor having one end disposed on the main surface on the first and second recess sides and the other end led to the outer surface, and for external connection formed on at least one of the base and the lid A fuel cell container having a terminal, wherein the electrolyte member is accommodated in the first and second recesses of the fuel cell container, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are disposed on the first main surface. And the second fluid channel so that fluid can exchange with each other, and the first and second wiring conductors are electrically connected to the first and second electrodes, respectively, The upper surface around the first and second recesses An electronic apparatus characterized by comprising by attaching the first and second cover member to cover the recess, respectively. 前記基体は、前記第１および第２凹部が複数個形成されているとともに、一端が前記第１および第２凹部の１つの底面で前記電解質部材の前記第１電極に対向し、かつ他端が前記第１および第２凹部の他の１つの底面で前記電解質部材の前記第１電極に対向する第３配線導体が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。The base has a plurality of the first and second recesses, and one end faces the first electrode of the electrolyte member at one bottom surface of the first and second recesses, and the other end The electronic device according to claim 1, wherein a third wiring conductor facing the first electrode of the electrolyte member is formed on another bottom surface of the first and second recesses. 前記基体は、前記第１および第２凹部が複数個形成されているとともに、一端が前記第１および第２凹部の１つの底面で前記電解質部材の前記第１電極に対向し、かつ他端が前記基体の前記第１および第２蓋体が取着される上面に導出された第４配線導体と、一端が前記第１および第２蓋体の下面で前記第１および第２凹部の他の１つの前記電解質部材の前記第２電極に対向し、かつ他端が前記第１および第２蓋体の前記基体の前記上面に取得される下面に前記第４配線導体の他端と対向するように導出された第５配線導体が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。The base has a plurality of the first and second recesses, and one end faces the first electrode of the electrolyte member at one bottom surface of the first and second recesses, and the other end A fourth wiring conductor led to an upper surface to which the first and second lids of the base are attached, and another end of the first and second recesses on the lower surface of the first and second lids One electrolyte member is opposed to the second electrode, and the other end is opposed to the other end of the fourth wiring conductor on the lower surface obtained on the upper surface of the base body of the first and second lids. The electronic device according to claim 1, wherein a fifth wiring conductor led to is formed. 前記基体は、前記電解質部材を複数個収容する第１および第２凹部が形成されているとともに、一端が前記第１および第２凹部の底面で前記電解質部材の１つの前記第１電極に対向し、かつ他端が前記第１および第２凹部の底面で前記電解質部材の他の１つの前記第１電極に対向する第６配線導体が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。The base is formed with first and second recesses for accommodating a plurality of the electrolyte members, and one end faces the first electrode of one of the electrolyte members at the bottom surface of the first and second recesses. 2. An electron according to claim 1, wherein a sixth wiring conductor is formed opposite to the other first electrode of the electrolyte member at the other end at the bottom surface of the first and second recesses. machine. 前記基体は、前記電解質部材を複数個収容する第１および第２凹部が形成されているとともに、一端が前記第１および第２凹部の底面で前記電解質部材の１つの前記第１電極に対向し、かつ他端が前記基体の前記第１および第２蓋体が取着される上面に導出された第７配線導体と、一端が前記第１および第２蓋体の下面で前記電解質部材の他の１つの前記第２電極に対向し、かつ他端が前記蓋体の前記基体の前記上面に取着される下面に前記第７配線導体の他端と対向するように導出された第８配線導体が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。The base is formed with first and second recesses for accommodating a plurality of the electrolyte members, and one end faces the first electrode of one of the electrolyte members at the bottom surface of the first and second recesses. And the other end is a seventh wiring conductor led out to the upper surface of the base on which the first and second lids are attached, and the other end is the lower surface of the first and second lids and the other electrolyte member. An eighth wiring led out so as to face the second electrode and to have the other end face the other surface of the seventh wiring conductor on the lower surface attached to the upper surface of the base body of the lid The electronic device according to claim 1, wherein a conductor is formed. 前記第１流体流路は、前記第１および第２凹部の前記底面における開口を対向させて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電子機器。6. The electronic device according to claim 1, wherein the first fluid channel is disposed so that openings in the bottom surfaces of the first and second recesses face each other. 前記第１配線導体および前記第２配線導体の少なくとも一方は、前記第１および第２凹部の底面の前記第１流体流路の開口の周辺または前記第１および第２蓋体の下面の前記第２流体流路の開口の周辺に、前記第１電極または前記第２電極に当接するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子機器。At least one of the first wiring conductor and the second wiring conductor is formed around the opening of the first fluid channel on the bottom surface of the first and second recesses or on the lower surface of the first and second lids. The electronic apparatus according to claim 1, wherein the electronic apparatus is formed around the opening of the two-fluid flow path so as to contact the first electrode or the second electrode. 前記基体は、内部回路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電子機器。8. The electronic apparatus according to claim 1, wherein an internal circuit is formed on the base. 前記基体は、その表面に前記内部回路に電気的に接続された電子部品が設けられていることを特徴とする請求項８記載の電子機器。9. The electronic apparatus according to claim 8, wherein the base is provided with an electronic component electrically connected to the internal circuit on a surface thereof. 前記第１および第２流体流路の少なくとも一方の途中に圧電ポンプが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の電子機器。The electronic device according to claim 1, wherein a piezoelectric pump is provided in the middle of at least one of the first and second fluid flow paths.
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