JP2008180170A - ゲッターポンプ、減圧構造、反応装置、発電装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】チタン等のゲッター材を蒸発させても、蒸発したゲッター材が不必要な箇所に蒸着することを防止できるゲッターポンプ、減圧構造及び反応装置並びにそれらを用いた発電装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】基材２の上に絶縁膜３が形成され、絶縁膜３の上に温度センサ兼ヒータ８が葛折り状にパターニングされている。温度センサ兼ヒータ８は、下層から順に密着層４、拡散防止層５、電熱層６及び拡散防止兼密着層７を有し、温度センサ兼ヒータ８が層間絶縁膜９によって被覆されている。層間絶縁膜９の上に蒸発型のゲッター膜１０が成膜されており、ゲッター膜１０はカバー１２によって覆われている。カバー１２とゲッター膜１０との間には隙間１３があり、その隙間１３は開放されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゲッターポンプ、減圧構造、反応装置、発電装置及び電子機器に関し、特に、蒸発したゲッター材にガスを吸収させるゲッターポンプ、減圧構造及び反応装置並びにそれらを用いた発電装置及び電子機器に関する。

近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。

燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いる場合には、液体燃料を気化させる気化器、気化した燃料と水を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副産物である一酸化炭素を除去するＣＯ除去器等が必要となる。

この改質器やＣＯ除去器の動作温度が高温であるため、これらを断熱パッケージに収納し、放熱を抑制することが行われている（例えば、特許文献１参照）。更に、断熱パッケージ内の圧力を減圧し、その中を真空状態にすると、断熱効果が更に向上する。ところが、断熱パッケージの内壁面等に僅かに付着していた水分等が蒸発することで、断熱パッケージの中を一定の真空度に維持することができない。そこで、断熱パッケージの中の真空度を維持したり高めたりするために、特許文献２等に記載されたゲッターポンプを断熱パッケージ内に収容することが行われている。特許文献２におけるゲッターポンプでは、ゲッター材であるチタンを高温に加熱するとそのチタンが蒸発し、蒸発したチタンが他の部分に付着して蒸着膜が成膜され、その蒸着膜にガスが吸収される。
特開２００４−６２６５号公報 特開２００５−１９７１５１号公報

ところが、蒸発したチタンが他の部分に付着することで、その部分の諸機能が低下することがある。例えば、装置の特性上、その部分が透明である必要があるとすると、蒸着膜によってその部分の透明性が失われたり、その部分が光反射性である必要があるとすると、蒸着膜によってその部分の光反射率が減少したりする。
そこで、本発明は、チタン等のゲッター材を蒸発させても、蒸発したゲッター材が不必要な箇所に蒸着することを防止できるゲッターポンプ、減圧構造及び反応装置並びにそれらを用いた発電装置及び電子機器を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、蒸発型ゲッター材と、前記蒸発型ゲッター材を覆ったカバーと、を備えることを特徴とするゲッターポンプである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のゲッターポンプであって、前記カバーが前記蒸発型ゲッター材から離れた状態で支持されており、前記カバーと前記蒸発型ゲッター材との間の隙間が開放されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のゲッターポンプであって、電熱により発熱するヒータを更に備え、前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、密閉された空間を内部に形成した密閉体と、前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、前記密閉体内に収容され、前記蒸発型ゲッター材を覆ったカバーと、を備えることを特徴とする減圧構造である。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の減圧構造であって、前記密閉体の内壁面に成膜され、赤外線を反射する反射膜を更に備えることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の減圧構造であって、前記カバーが前記蒸発型ゲッター材から離れた状態で支持されており、前記カバーと前記蒸発型ゲッター材との間の隙間が開放されて、その隙間が前記密閉体の内部空間に通じていることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項４から６の何れか一項に記載の減圧構造であって、電熱により発熱するヒータを更に備え、前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、密閉された空間を内部に形成した密閉体と、前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、前記密閉体内に収容された反応装置本体と、前記密閉体内に収容され、前記蒸発型ゲッター材を覆ったカバーと、を備えることを特徴とする反応装置である。

請求項９に係る発明は、請求項８に記載の反応装置であって、前記密閉体の内壁面に成膜され、赤外線を反射する反射膜を更に備えることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項８又は９に記載の反応装置であって、前記カバーが前記蒸発型ゲッター材から離れた状態で支持されており、前記カバーと前記蒸発型ゲッター材との間の隙間が開放されて、その隙間が前記密閉体の内部空間に通じていることを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、請求項８から１０の何れか一項に記載の反応装置であって、電熱により発熱するヒータを更に備え、前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、求項８から１１の何れか一項に記載の反応装置と、前記反応装置本体で生成された生成物の電気化学反応により電気エネルギーを生成する発電セルと、を備えることを特徴とする発電装置である。

請求項１３に係る発明は、請求項１２に記載の発電装置と、前記発電装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器である。

本発明によれば、ゲッター材がカバーで覆われているので、加熱されゲッター材が蒸発すると、蒸発したゲッター材がカバーに蒸着し、他の部分には蒸着しにくい。そのため、他の部分が蒸着膜に覆われず、その部分の機能低下を招かない。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

＜ゲッターポンプ＞
図１はゲッターポンプ１の斜視図であり、図２はゲッターポンプ１の断面図である。このゲッターポンプ１は、内部に密閉空間を持つ密閉体内に収容され、ゲッターポンプ１によって密閉体の真空度が向上したり、保たれたりする。その密閉体と、ゲッターポンプ１を備えたものが減圧構造であり、その減圧構造の具体的な構成については後述し、まずゲッターポンプ１の構成について説明する。ここで、減圧とは大気圧よりも低い状態という意味で使うが、主として、実質的には大気圧より十分低いいわゆる真空（数十１０Ｐａ以下）を指している。

図１及び図２に示すように、基材２はシリコン等の基板であり、具体的には厚さ０．５ｍｍ程度の基板である。基材２の表面に絶縁膜３が成膜されている。基材２がシリコンの場合、絶縁膜３は、基材２の表層を熱酸化法により酸化させたものである。絶縁膜３の膜厚は１μｍ程度である。なお、基材２は、他の装置の一部であって他の装置と兼用しても良いし、ゲッターポンプ１専用のものとしても良い。また、基材２が密閉体の内壁部分であっても良い。

絶縁膜３の上に、温度センサ兼ヒータ８が葛折り状にパターニングされ、温度センサ兼ヒータ８の上に層間絶縁膜９が成膜され、温度センサ兼ヒータ８及びその周囲が層間絶縁膜９によって被覆されている。温度センサ兼ヒータ８は、下層から順に密着層４、拡散防止層５、電熱層６及び拡散防止兼密着層７を有する。これら層４〜７は葛折り状にパターニングされている。

密着層４は、絶縁膜３及び拡散防止層５に対して密着性の高い材料からなり、具体的にはタンタル（Ｔａ）からなる。密着層４の厚さは１００ｎｍ程度である。

拡散防止層５は、物質が密着層４から電熱層６へ又は電熱層６から密着層４へ拡散することを防止するための層であり、具体的にはタングステン（Ｗ）からなる。拡散防止層５の厚さは５０ｎｍ程度である。

電熱層６は、その電熱層６に供給された電力により発熱する材料（例えば、金属の発熱材、半導体の発熱材、酸化物の発熱材）からなる。更に、電熱層６は電気抵抗と温度の関係が一次関数、より広くは、一価関数で表される材料からなり、電熱層６の電圧・電流の測定値から電熱層６の温度が一義的に求まるので、電熱層６が感温部として機能する。具体的には、電熱層６は金（Ａｕ）からなる。電熱層６の厚さは２００ｎｍ程度である。

拡散防止兼密着層７は、層間絶縁膜９及び電熱層６に対して密着性の高い材料からなり、具体的にはタンタル（Ｔａ）からなる。また、物質が電熱層６から層間絶縁膜９へ拡散することが拡散防止兼密着層７によって防止されている。

温度センサ兼ヒータ８の両端部において、金（Ａｕ）等の導電材料からなる電極パッド１９が電熱層６に接触している。電極パッド１９は絶縁膜３の上に形成されており、その一部が層間絶縁膜９によって被覆され、他の一部が層間絶縁膜９から露出している。

なお、温度センサ兼ヒータ８が葛折り状にパターニングされているが、他の形状に形成されていても良い。例えば、温度センサ兼ヒータ８が上面視矩形状に形成されていても良いし、円形状に形成されても良い。

層間絶縁膜９は二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる。層間絶縁膜９の厚さは２００〜４００ｎｍ程度である。層間絶縁膜９は上面視して四角形状に形成されているが、他の形状に形成されても良い。

層間絶縁膜９の上に蒸発型のゲッター膜１０が成膜されている。ゲッター膜１０は上面視して四角形状に形成されており、上面視して層間絶縁膜９の面積がゲッター膜１０の面積よりも大きく、層間絶縁膜９の縁よりも内側にゲッター膜１０が配置されている。そのため、層間絶縁膜９の縁近傍部はゲッター膜１０に覆われずに露出している。ゲッター膜１０は、サマリウム（Ｓｍ）単体、チタン（Ｔｉ）単体又はイッテルビウム（Ｙｂ）単体からなる。図３は、サマリウム単体とチタン単体の温度と蒸気圧の関係を示したものである。図３に示すように、サマリウム単体は、チタン単体と比較して、低い温度でも蒸気圧が高い。つまり、サマリウム単体とチタン単体を同じ気圧の環境下においた場合、サマリウム単体がチタン単体よりも低温で蒸発する。なお、ゲッター膜１０は、他の金属単体、例えば、ガドリニウムやエルビウムからなるものでも良いし、合金からなるものでも良い。

図１及び図２に示すように、ゲッター膜１０はパイレックス(登録商標)ガラスからなるカバー１２によって覆われている。カバー１２は上面視して矩形状に形成されており、その一辺に沿って支持部１４が設けられ、その支持部１４がカバー１２から下に凸設している。支持部１４が接合金属膜１１を介して絶縁膜３又は基材２に接合され、支持部１４によってカバー１２が支持されている。カバー１２が支持部１４によって支持されることによって、カバー１２がゲッター膜１０から離れており、カバー１２とゲッター膜１０との間に隙間１３が存する。カバー１２の他の三辺には支持部が形成されておらず、それら辺において隙間１３が開放されている。

なお、図４に示すように、支持部１４が沿っている辺とは別の辺に沿って支持部１４を設け、その支持部１５をカバー１２から下に凸設しても良い。この支持部１５も接合金属膜１１を介して絶縁膜３又は基材２に接合され、支持部１４及び支持部１５によってカバー１２が支持されている。つまり、カバー１２をゲッター膜１０から離間させた状態でカバー１２が支持され、カバー１２とゲッター膜１０との間の隙間１３が密閉されずに、その隙間１３が密閉体の内部空間に通じていれば、カバー１２の支持に支持部１４や支持部１５を設けなくても良い。

ゲッターポンプ１を制御する制御部について説明する。制御部からリード線が引き出され、リード線が電極パッド１９に接続されている。制御部は電熱層６に供給する電力を制御し、これにより電熱層６の発熱量が調整される。また、上述したように電熱層６の温度と電気抵抗が一価関数で表される関係にあるので、電熱層６が感温部として機能し、電熱層６の温度が測定される。そのため、制御部が電熱層６の電流・電圧から電熱層６の電気抵抗を求めて、これにより温度センサ兼ヒータ８の測定温度が制御部にフィードバックされる。制御部は、温度センサ兼ヒータ８の測定温度をフィードバックにより監視しながら温度センサ兼ヒータ８に供給する電力を制御することによって、温度センサ兼ヒータ８の温度を制御する。

例えば、温度センサ兼ヒータ８の温度を所望の温度に保つように制御する場合には、制御部が温度センサ兼ヒータ８の測定温度を第１閾値（第１閾値は所望の温度未満である。）及び第２閾値（第２閾値は所望の温度を越えたものである。）と比較する。その比較の結果、温度センサ兼ヒータ８の測定温度が第１閾値を下まわる場合には制御部が温度センサ兼ヒータ８の供給電力を上げ、温度センサ兼ヒータ８の測定温度が第２閾値を越える場合には制御部が温度センサ兼ヒータ８の供給電力を下げ、温度センサ兼ヒータ８の測定温度が第１閾値以上第２閾値以下の場合には現状の温度センサ兼ヒータ８の供給電力を保持する。なお、制御部は密閉体の外側に設けられており、温度センサ兼ヒータ８に導通されたリード線は密閉体を貫通して密閉体の外の制御部まで配索されている。

ゲッターポンプ１の動作について説明する。
ゲッターポンプ１が収容された密閉体の内部空間は減圧されており、密閉体の内側が真空（亜真空を含む意である。）に保たれている。例えば、密閉体の内側が数十Ｐａ程度の真空度であり、ゲッターポンプ１の温度が数十℃程度とする。ゲッター膜１０がサマリウム単体からなる場合には、蒸気圧は１０^-9Ｔｏｒｒ未満と十分に低く（図３参照）、ゲッター膜１０の蒸発は殆ど発生しない。そして、制御部が温度センサ兼ヒータ８の測定温度をフィードバックにより監視しながら、温度センサ兼ヒータ８の供給電力を上げて温度センサ兼ヒータ８を４５０℃程度まで昇温させる。すると、ゲッター膜１０がサマリウム単体からなる場合には、ゲッター膜１０の蒸気圧が１０^-3Ｔｏｒｒ程度となり（図３参照）、活発な蒸発がゲッター膜１０に発生する。そして、制御部が温度センサ兼ヒータ８の測定温度をフィードバックしながら温度センサ兼ヒータ８の温度を４５０℃程度に保ち、所定時時間経過後、温度センサ兼ヒータ８の供給電力を下げて温度センサ兼ヒータ８を降温させる。温度センサ兼ヒータ８の温度が４５０℃程度を保つ時間が短くて、蒸発時間が短時間であると、カバー１２の温度は４５０℃程度よりも十分に低い。そのため、ゲッター膜１０から蒸散したサマリウム単体がカバー１２や密閉体に蒸着し、サマリウム単体の薄膜がカバー１２や密閉体に成膜される。
ゲッター膜１０がサマリウム単体以外の金属又は合金からなる場合にも同様に、ゲッター膜１０から蒸散した金属又は合金がカバー１２や密閉体に蒸着し、金属又は合金の薄膜がカバー１２や密閉体に成膜される。カバー１２や密閉体に成膜された膜は比較的純度の高い表面を持つので、密閉体内の残留ガスがゲッター効果によってその蒸着膜に吸着する。そのため、密閉体内の真空度を向上させたり、保ったりすることができる。なお、上記の温度、蒸気圧、真空度の数値は一例であり、これらの値はゲッター膜１０の材料によって決まる。

また、ゲッター材がゲッター膜１０のように膜状に形成されているから、温度センサ兼ヒータ８による加熱時にゲッター膜１０の温度分布が均一になる。また、平面視してゲッター膜１０が層間絶縁膜９の内側に配置されているので、ゲッター膜１０の温度分布がより均一になりやすい。そのため、ゲッター膜１０が安定して定量ずつ蒸発していく。更に、ゲッター膜１０が膜状であるがゆえに、ゲッター膜１０の温度が温度センサ兼ヒータ８の温度に対して殆ど遅延せずに追従するので、ゲッター膜１０の温度制御を容易に行うことができる。

また、温度センサ兼ヒータ８が発熱源のみならず温度センサも兼ねているので、シンプルな構造のゲッターポンプ１を提供することができ、その製造も容易に行うことができる。

また、カバー１２が設けられているので、蒸発した金属又は合金がカバー１２に蒸着しやくすい。そのため、蒸発した金属又は合金は、他の部分に、例えば密閉体の内壁面に蒸着しにくく、その部分の機能低下を招かない。例えば、密閉体の内壁面に何らかの加工を施した場合に、その加工部がゲッター膜１０の金属又は合金によってコーティングされるのを抑えられるという利点がある。

＜ゲッターポンプの変形例１＞
図５は、ゲッターポンプ１Ａの断面図である。このゲッターポンプ１Ａにおいては、基材２Ａが絶縁性のガラス基板である。基材２Ａが絶縁性であるので、図１及び図２に示したゲッターポンプ１とは異なり、基材２Ａの表面に絶縁膜が形成されておらず、温度センサ兼ヒータ８、層間絶縁膜９及び電極パッド１９が基材２Ａの表面に直接形成されている。

図５に示されたゲッターポンプ１Ａと図１及び図２に示されたゲッターポンプ１との間で互いに対応する部分は、以上のことを除いて同様に設けられている。ゲッターポンプ１Ａとゲッターポンプ１との間で互いに対応する部分であって同様に設けられた部分には、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。

＜ゲッターポンプの変形例２＞
図６は、ゲッターポンプ１Ｂの断面図である。このゲッターポンプ１Ｂにおいては、基材２Ｂが金属基板であり、具体的には基材２Ｂがクロム及び鉄を含むニッケル系合金（例えば、INCONEL(R)）又はニッケルからなる。この基材２Ｂの表面に絶縁膜３Ｂが成膜されており、この絶縁膜３Ｂは熱酸化法によって形成されたものでも良いし、スパッタや蒸着といった気相成長法によって形成されたものでも良い。温度センサ兼ヒータ８及び層間絶縁膜９は絶縁膜３Ｂに形成されている。

図６に示されたゲッターポンプ１Ｂと図１及び図２に示されたゲッターポンプ１との間で互いに対応する部分は、以上のことを除いて同様に設けられている。ゲッターポンプ１Ｂとゲッターポンプ１との間で互いに対応する部分であって同様に設けられた部分には、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。

＜ゲッターポンプを用いた断熱真空構造及び反応装置＞
ゲッターポンプ１を用いた断熱真空構造（断熱減圧構造）及び反応装置について説明する。
図７は、断熱減圧構造である断熱真空構造５０を破断した状態で断熱真空構造５０及び反応装置８０を示した図面（断面図）である。断熱真空構造５０は、密閉体としての断熱パッケージ５１と、断熱パッケージ５１に収容されたゲッターポンプ１と、断熱パッケージ５１の内壁面に成膜された金属反射膜５２とを具備する。反応装置８０は、この断熱真空構造５０と、断熱パッケージ５１内に収容された高温反応部８１と、断熱パッケージ５１内に収容され、前記高温反応部よりも低温で動作する低温反応部８２と、高温反応部８１と低温反応部８２とに連結された複数の配管８３と、低温反応部８２に連結されるとともに断熱パッケージ５１を貫通して断熱パッケージ５１の外に延出した複数の配管８４とを備える。

断熱パッケージ５１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ）、コバール合金、ニッケル系合金（例えば、INCONEL(R)）等の金属板又はガラス基板を貼り合わせて構成されている。断熱パッケージ５１の内側が密閉空間とされている。断熱パッケージ５１内の密閉空間は減圧され、断熱パッケージ５１内が真空になっており、その真空度は数十Ｐａ程度である。断熱パッケージ５１内が真空とされているので、気体分子による熱伝導及び対流を防ぐことができる。

金属反射膜５２は、例えば金（Ａｕ）といった金属からなる膜であり、赤外線を反射する膜である。高温反応部８１や低温反応部８２の熱により発生した赤外線が金属反射膜５２によって反射されるので、断熱パッケージ５１の外部への輻射による熱損失を抑えることができる。

ゲッターポンプ１の基材２が金属反射膜５２を介して断熱パッケージ５１の内壁面に接合されている。また、カバー１２には金属反射膜２０が成膜され、金属反射膜２０も例えば金（Ａｕ）のように赤外線反射率が高い金属からなる膜である。ゲッターポンプ１の代わりにゲッターポンプ１Ａ又はゲッターポンプ１Ｂの基材２Ａ又は基材２Ｂが断熱パッケージ５１の内壁面に接合され、ゲッターポンプ１Ａ又はゲッターポンプ１Ｂが断熱パッケージ５１内に収容されても良い。また、基材２，２Ａ、２Ｂが断熱パッケージ５１と別物であったが断熱パッケージ５１が基材２，２Ａ，２Ｂを兼ねても良い。

断熱パッケージ５１内が真空とされていても、断熱パッケージ５１内にはガスが残留する。更に、断熱パッケージ５１の内壁面又は高温反応部８１若しくは低温反応部８２の表面に付着していた水分等が蒸発したり、希なケースでは、断熱パッケージ５１、高温反応部８１又は低温反応部８２から基材に含まれる気泡が破裂したりするなどして、ガスが発生することもある。そのため、時間が経過するにつれて、断熱パッケージ５１の真空度が低下していく。そのような場合、制御部によって温度センサ兼ヒータ８を昇温させ、ゲッター膜１０の一部を蒸発させる。蒸着膜が成膜されると、断熱パッケージ５１内の残留ガスが蒸着膜に吸収される。そのため、断熱パッケージ５１の真空度の低下を抑えることができ、真空による断熱効果を維持することができる。ここで、ゲッター膜１０から蒸発した金属又は合金がカバー１２に蒸着するため、蒸発した金属又は合金によって金属反射膜５２が被覆されない。そのため、断熱効果の低下を抑えることができる。

断熱パッケージ５１内の真空度が適切に保たれている場合には、ゲッターポンプ１の温度センサ兼ヒータ８が制御部によってオフにされており、その場合にはゲッター膜１０が蒸発しない。温度センサ兼ヒータ８が発熱していない場合、低温反応部８２の熱によってゲッター膜１０が加熱されてゲッター膜１０の蒸気圧が高くなる、しかし、ゲッター膜１０がサマリウム単体からなる場合、サマリウム単体の蒸気圧は低いので、低温反応部８２の熱による温度においてもゲッター膜１０が蒸発しない。つまり、ゲッター膜１０にサマリウム単体を用いた場合、制御部によって、真空度を上げようと所望する時にはゲッターポンプ１を確実に動作させることができるとともに、特に真空度を上げる必要がない時にはゲッターポンプ１を確実に停止させることができる。従って、目標とする真空度を保つのにサマリウム単体のゲッター膜１０が非常に適している。

配管８４が断熱パッケージ５１を貫通し、配管８４が貫通した箇所は封止材によって封止されている。断熱パッケージ５１の内側において配管８４が低温反応部８２に接続され、低温反応部８２が配管８４によって支持され、低温反応部８２が断熱パッケージ５１の内壁面から離れている。配管８３が高温反応部８１と低温反応部８２の間に架設され、配管８３によって高温反応部８１が支持され、高温反応部８１が断熱パッケージ５１の内壁面から離れている。配管８３が複数本あるが、これらが一体化されても良い。

反応物や生成物は配管８３を通じて高温反応部８１から低温反応部８２へ送られたり、低温反応部８２から高温反応部８１へ送られたりする。また、反応物や生成物は配管８４を通じて外部から低温反応部８２へ送られたり、低温反応部８２から外部へ送られたりする。反応物や生成物は、配管８３及び配管８４を通じて外部から高温反応部８１へ送られたり、高温反応部８１から外部へ送られたりする。

高温反応部８１が反応装置本体であり、低温反応部８２も反応装置本体である。高温反応部８１の内部で化学反応が起こり、低温反応部８２の内部で化学反応が起こる。高温反応部８１における化学反応は低温反応部８２における化学反応よりも高温で起き、高温反応部８１が低温反応部８２よりも高温で動作する。例えば、高温反応部８１は２８０〜４００℃程度で動作し、低温反応部８２は１００〜１８０℃程度で動作する。なお、高温反応部８１と低温反応部８２の何れか一方のみが断熱パッケージ５１内に収容されていても良い。

高温反応部８１が改質器及び燃焼器等からなり、低温反応部８２が一酸化炭素器等からなる。高温反応部８１の改質器では、燃料（例えばメタノール）と水の気体から水素等が生成される改質反応が起こり、高温反応部８１の燃焼器では、燃料（例えば水素）の燃焼（酸化反応）が起こり、低温反応部８２の一酸化炭素除去器では、一酸化炭素の酸化反応が起こる。高温反応部８１が改質器及び燃焼器等からなり、低温反応部８２が一酸化炭素器等からなる場合の一例については後述する。なお、高温反応部８１の改質反応と燃焼は一例であり、低温反応部８２の酸化反応も一例である。低温反応部８２の内部で起きる化学反応は反応装置８０の用途に応じて適宜変更可能である。また、配管８３，８４の経路も高温反応部８１の化学反応と低温反応部８２の化学反応に応じて適宜変更可能である。

このような反応装置８０においては、高温反応部８１及び低温反応部８２が断熱パッケージ５１の内壁面から離れた状態で断熱パッケージ５１内に収容され、更に断熱パッケージ５１の内壁面に金属反射膜５２が成膜されているから、高温反応部８１及び低温反応部８２における熱の利用効率が高い。また、高温反応部８１と低温反応部８２とが離れており、配管８３を通じて、熱が高温部から低温部へ流れ、更に配管８４を通じて断熱パッケージ５１に流れるため、高温反応部８１と低温反応部８２の間に温度差を生じさせることができる。

なお、支持部１４が基材２に接合されることによってカバー１２が支持されていたが、カバー１２が断熱パッケージ５１の内壁面に接合されることで、カバー１２とゲッター膜１０との間に隙間１３がある状態でカバー１２が支持されても良い。

ゲッターポンプ１，１Ａ，１Ｂ及び断熱真空構造５０を反応装置８０に適用したが、他の装置に適用しても良い。例えば、真空な密閉空間を形成した密閉体（例えば、画素セル体、画素が配列された表示セル体、真空管）を備える装置（例えば、表示装置）に適用するには、ゲッターポンプ１，１Ａ，１Ｂをその密閉体内に収容し、その装置に断熱真空構造を設ける。

＜断熱真空構造及び反応装置の変形例＞
図８は、断熱減圧構造である断熱真空構造５０Ｄを破断した状態で断熱真空構造５０Ｄ及び反応装置８０Ｄを示した図面（断面図）である。図７に示した断熱真空構造５０及び反応装置８０ではゲッターポンプ１が断熱パッケージ５１の内壁面に搭載されていたのに対し、図８に示した断熱真空構造５０Ｄ及び反応装置８０Ｄではゲッターポンプ１Ｂが低温反応部８２の表面に搭載されている。ここで、低温反応部８２がゲッターポンプ１Ｂの基材２Ｂを兼ねており、絶縁膜３Ｂが低温反応部８２の表面に成膜され、その絶縁膜３Ｂ上に温度センサ兼ヒータ８がパターニングされ、温度センサ兼ヒータ８及び絶縁膜３Ｂが層間絶縁膜９によって被覆され、層間絶縁膜９上にゲッター膜１０が成膜されている。なお、低温反応部８２が基材２Ｂを兼ねているが、低温反応部８２の表面に基材２Ｂが接合されるようにして、ゲッターポンプ１Ｂが低温反応部８２の表面に搭載されても良い。

また、ゲッターポンプ１Ｂの代わりにゲッターポンプ１又はゲッターポンプ１Ａが低温反応部８２の表面に搭載されても良い。ゲッターポンプ１又はゲッターポンプ１Ａが低温反応部８２に搭載される場合、低温反応部８２が基材２又は基材２Ａを兼ねても良いし、低温反応部８２の表面に基材２又は基材２Ａが接合されるようにしても良い。

図８に示された反応装置８０Ｄと図７に示された反応装置８０との間で互いに対応する部分は、以上のことを除いて同様に設けられている。反応装置８０Ｄと反応装置８０との間で互いに対応する部分であって同様に設けられた部分には、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。

＜断熱真空構造及び反応装置を用いた発電装置及び電子機器＞
図９は、上述の断熱真空構造５０及び反応装置８０を用いた発電装置９０のブロック図である。この発電装置９０は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。

発電装置９０は、燃料容器９１と、気化器９２と、反応装置８０と、燃料電池型の発電セル９３、発電セル９３により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ９４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９４に接続される二次電池９５と、それらを制御する制御部９７と、を備える。

燃料容器９１には、メタノール、エタノール、ブタン、ジメチルエーテル等の液体燃料と水が別々に又は混合した状態で貯留されている。燃料容器９１内の燃料と水は、図示しないマイクロポンプにより気化器９２に供給され、燃料と水が気化器９２にて気化される。

反応装置８０は、図７に示したような断熱真空構造５０、高温反応部８１及び低温反応部８２等を具備する。ここで、高温反応部８１は改質器８５、燃焼器８７及び図示しない電熱線による高温ヒータを有し、低温反応部８２はＣＯ除去器８６及び図示しない電熱線による低温ヒータを有する。

気化器９２で気化した燃料と水は反応装置８０の改質器８５に流れ込む。改質器８５においては燃料と水が触媒により改質反応を起こし、水素ガスが生成されるとともに僅かながら一酸化炭素ガスも生成される（燃料がメタノールの場合には、下記化学式（１）、（２）を参照。）。改質器８５における改質反応は吸熱反応であり、高温ヒータにおける電熱や燃焼器８７における燃焼熱が改質器８５に伝導して改質反応に利用される。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂・・・（１）
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ・・・（２）

改質器８５で生成された水素ガス等はＣＯ除去器８６に送られ、更に外部の空気がＣＯ除去器８６に送られる。ＣＯ除去器８６においては、一酸化炭素ガスが選択酸化触媒により優先的に酸化する選択酸化反応が起こり、一酸化炭素ガスが除去される（下記化学式（３）を参照）。ＣＯ除去器８６における選択酸化反応は発熱反応であり、１００〜１８０℃程度で起こる。ＣＯ除去器８６が暖機されていない場合には、低温ヒータによってＣＯ除去器８６が加熱され、ＣＯ除去器８６が暖機されると、低温ヒータによる発熱が停止し、ＣＯ除去器８６の自己加熱により、ＣＯ除去器８６が１００〜１８０℃程度で動作する。
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂・・・（３）

ＣＯ除去器８６を経た水素ガス等は発電セル９３の燃料極に供給され、発電セル９３の酸素極には空気が供給される。発電セル９３は、燃料極と、酸素極と、燃料極と酸素極の間に挟持された電解質膜とを備える。燃料極に送られたガス中の水素と、酸素極に送られた空気中の酸素が、電解質膜を介して電気化学反応をすることにより、発電セル９３において電力が生じる。なお、電解質膜が水素イオン透過性の電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）の場合には、燃料極では次式（４）のような反応が起き、燃料極で生成された水素イオンが電解質膜を透過し、酸素極では次式（５）のような反応が起こる。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（４）
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …（５）

ここで、発電セル９３の燃料極に供給された水素ガスは全てが反応しない方が高効率であり、残留した水素ガスは燃焼器８７に供給される。水素ガスの他に空気も燃焼器８７に供給され、燃焼器８７内において水素ガスが触媒により酸化され、燃焼熱が発生する。燃焼器８７で発生した熱によって改質器８５が加熱される。高温ヒータによっても改質器８５が加熱され、特に起動直後に燃焼器８７で燃焼熱が発生していない場合に高温ヒータによって改質器８５が暖機される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ９４は、発電セル９３により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体９６に供給する機能を有する。更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９４は、発電セル９３により生成された電気エネルギーを二次電池９５に充電し、発電セル９３や反応装置８０等が動作していない時に、二次電池９５に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体９６に供給する機能も果たせるようになっている。制御部９７は気化器９２、反応装置８０、発電セル９３を運転するために必要な図示しないポンプやバルブ類、ヒータ類のほか、ＤＣ／ＤＣコンバータ９４等を制御し、電子機器本体９６に安定して電気エネルギーを供給するような制御を行う。
この発電装置９０においては、制御部９７はゲッターポンプ１の制御部も兼ねている。制御部は温度センサ兼ヒータ８の測定温度をフィードバックにより監視しながら温度センサ兼ヒータ８に供給する電力を制御することによって、温度センサ兼ヒータ８の温度を制御する。
なお、図９では、燃料としてメタノールを使用する場合について反応物や生成物を示している。また、反応装置８０に代えて反応装置８０Ｄを発電装置９０に適用しても良い。

ゲッターポンプを示した斜視図である。 上記ゲッターポンプを示した断面図である。 サマリウム単体及びチタン単体の温度と蒸気圧の関係を示したグラフである。 別例のゲッターポンプを示した斜視図である。 別例のゲッターポンプを示した断面図である。 別例のゲッターポンプを示した断面図である。 真空構造及び反応装置を示した断面図である。 別例の真空構造及び反応装置を示した断面図である。 発電装置を示したブロック図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ ゲッターポンプ
８ 温度センサ兼ヒータ
９ 層間絶縁膜
１０ ゲッター膜
１２ カバー
１３ 隙間
５０、５０Ｄ 断熱真空構造（断熱減圧構造）
５１ 断熱パッケージ（密閉体）
８０、８０Ｄ 反応装置
８１ 高温反応部（反応装置本体）
８２ 低温反応部（反応装置本体）
９０ 発電装置
９６ 電子機器本体

Claims (13)

1. 蒸発型ゲッター材と、
   前記蒸発型ゲッター材を覆ったカバーと、を備えることを特徴とするゲッターポンプ。
2. 前記カバーが前記蒸発型ゲッター材から離れた状態で支持されており、前記カバーと前記蒸発型ゲッター材との間の隙間が開放されていることを特徴とする請求項１に記載のゲッターポンプ。
3. 電熱により発熱するヒータを更に備え、
   前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項１又は２に記載のゲッターポンプ。
4. 密閉された空間を内部に形成した密閉体と、
   前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、
   前記密閉体内に収容され、前記蒸発型ゲッター材を覆ったカバーと、を備えることを特徴とする減圧構造。
5. 前記密閉体の内壁面に成膜され、赤外線を反射する反射膜を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の減圧構造。
6. 前記カバーが前記蒸発型ゲッター材から離れた状態で支持されており、前記カバーと前記蒸発型ゲッター材との間の隙間が開放されて、その隙間が前記密閉体の内部空間に通じていることを特徴とする請求項４又は５に記載の減圧構造。
7. 電熱により発熱するヒータを更に備え、
   前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項４から６の何れか一項に記載の減圧構造。
8. 密閉された空間を内部に形成した密閉体と、
   前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、
   前記密閉体内に収容された反応装置本体と、
   前記密閉体内に収容され、前記蒸発型ゲッター材を覆ったカバーと、を備えることを特徴とする反応装置。
9. 前記密閉体の内壁面に成膜され、赤外線を反射する反射膜を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の反応装置。
10. 前記カバーが前記蒸発型ゲッター材から離れた状態で支持されており、前記カバーと前記蒸発型ゲッター材との間の隙間が開放されて、その隙間が前記密閉体の内部空間に通じていることを特徴とする請求項８又は９に記載の反応装置。
11. 電熱により発熱するヒータを更に備え、
    前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項８から１０の何れか一項に記載の反応装置。
12. 請求項８から１１の何れか一項に記載の反応装置と、
    前記反応装置本体で生成された生成物の電気化学反応により電気エネルギーを生成する発電セルと、を備えることを特徴とする発電装置。
13. 請求項１２に記載の発電装置と、
    前記発電装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器。

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