(57)【要約】【課題】オゾンの生成性能に優れ、耐久性を向上させた電解用電極を提供すること。【解決手段】電気絶縁性を有する電極基体１２と、電極基体１２の表面に形成された導電性を有する電極反応層１３と、電極反応層１３の表面に形成されたバインダーを主成分とし、水と電極反応層１３の表面との接触面積を制限する流体制限層１４とから構成されている電解用電極１１である。電極基体の腐食を抑制するとともに電極反応層との密着性を向上させ、剥離を防止し、耐久性の向上を図る。また流体制限層が水の電極反応層との接触を制限して、オゾン生成の向上を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性を有する電極基体と、
前記電極基体の表面に形成され、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種からなる電極反応層と、
前記電極反応層の表面に形成され、バインダーを主成分とし、水と前記電極反応層の表面との接触面積を制限する流体制限層と、
から構成されている電解用電極。
【請求項２】
前記電極基体は、電気絶縁性を有する主成分がセラミックから形成する請求項１に記載の電解用電極。
【請求項３】
前記電極基体は、金属の表面に電気絶縁性を有する被膜を形成する請求項１に記載の電解用電極。
【請求項４】
前記電極反応層は、電極に電気と接続する電気接合層を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の電解用電極。
【請求項５】
前記流体制限層は、主成分が誘電体材料の粒子と前記バインダーとから形成されているとともに、前記電極反応層と連通する流通路を有する請求項１に記載の電解用電極。
【請求項６】
前記流通路は、前記誘電体材料の粒子によって形成されている請求項５に記載の電解用電極。
【請求項７】
前記誘電体材料の粒子は、略球形である請求項５または６に記載の電解用電極。
【請求項８】
前記バインダーは、無機系バインダーである請求項１〜７のいずれか１項に記載の電解用電極。
【請求項９】
前記バインダーは、主成分がガラスである請求項８に記載の電解用電極。
【請求項１０】
前記バインダーは、主成分が、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の化合物を含まない組成のガラスである請求項９に記載の電解用電極。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電解用電極を備えた電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解し、活性物質を生成する電解用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電解用電極は、導電性基体の表面に、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属酸化物のいずれかを含む中間層を形成し、さらに中間層の表面に、酸化触媒作用を有する誘電体を含む層状の表面層を形成している。表面層には、表面層を貫通し、中間層に到達する孔を形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来の電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図を示すものである。
【０００４】
図６に示すように、電解電極１は、導電性基体２の一方の表面に中間層３が形成され、中間層３の表面に表面層４が形成されている。電解用電極１は、導電性基体２と、中間層３と、表面層４とから構成される。中間層３は、貴金属、貴金属を含む合金、もしくは貴金属酸化物からなる形成される。表面層４は、タンタル、アルミニウム、チタン、タングステン、ニオブなどのアルコキシド化合物と溶剤の混合物を熱分解して得られる酸化物からなる誘電体材料により形成されている。
【０００５】
表面層４は、誘電体材料が中間層３の表面に塗布、常温乾燥、２２０℃乾燥、６００〜７００℃の高温焼成の工程を十数回繰り返して行なわれ、層状の構造となるように形成される。これにより、表面層４の厚さ方向には多数のクラックが発生し、このクラックを起点とし、表面層４を貫通して中間層３まで到達することにより孔５が形成される。
【０００６】
電解用電極１をアノードとし、カソード電極を用いて、水を電気分解すると、電解用電極１の側では、水が孔５を通って中間層３に到達する。これにより、孔５と連接する中間層３の表面部分の僅かな面積上で電極反応が起こり、孔５と連接する中間層３の部分の貴金属の電流密度が上昇し、さらには表面層４の孔５周囲の誘電体材料の触媒作用により酸素が酸化されオゾンが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−９７１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、表面層４を形成するために、中間層３の表面に十数回の塗布、乾燥、焼成を繰り返している。このような多層構造になると、表面層４の膜厚が不均一となることや、発生したクラックの分岐と結合が複雑な構造となるので、クラックを起点とする孔５の安定した形成が困難となり、オゾンの生成が安定しないという課題を有していた。
【０００９】
また、表面層４の形成のために十数回の塗布、乾燥、焼成を繰り返すという煩雑な製造工程となり、電解用電極１の生産性が悪いという課題を有していた。
【００１０】
また、表面層４の誘電体は、金属アルコキシドを原料とした熱分解によって生成する粒子のみで構成される。
【００１１】
しかしながら、６００〜７００℃の焼成では、誘電体の粒子同士の結合や誘電体の粒子と中間層３の結合が半焼結状態である。従って、中間層３と表面層４、表面層４自体の密着性が弱く、電極反応によって発生する酸素やオゾン等のガスの圧力によって表面層４の剥離が起き易くなり、耐久性が劣るという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、安定したオゾンの生成や耐久性を向上させるとともに、生産性に優れた電解用電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記従来の課題を解決するために、本発明の電解用電極は、電気絶縁性を有する電極基体と、前記電極基体の表面に形成され、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種からなる電極反応層と、前記電極反応層の表面に形成され、バインダーを主成分とし、水と前記電極反応層の表面との接触面積を制限する流体制限層と、から構成されているものである。
【００１４】
これによって、安定したオゾンの生成や耐久性を向上させるとともに、生産性に優れた電解用電極を提供できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安定したオゾンの生成や耐久性を向上させるとともに、生産性に優れた電解用電極を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における電解用電極の厚さ方向の概略断面図
【図２】同電解用電極を用いた電解装置の概略図
【図３】本発明の実施の形態２における電解用電極の厚さ方向の概略断面図
【図４】本発明の実施の形態３における電解用電極の概略断面図
【図５】本発明の実施の形態４における電解用電極の概略断面図
【図６】従来の電解用電極の厚さ方向の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、電気絶縁性を有する電極基体と、前記電極基体の表面に形成され、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種からなる電極反応層と、前記電極反応層の表面に形成され、バインダーを主成分とし、水と前記電極反応層の表面との接触面積を制限する流体制限層と、から構成されているものである。
【００１８】
これによって、本発明の電解用電極をアノード電極とし、カソード電極との間に電圧または電流を印加した場合、アノード電極は、流体制限層が水と電極反応層との接触を制限し、水と電極反応層の接触面積を小さくするので、アノード電極は、流体制限層のない構成の電極よりも、水の電気分解による酸素生成の電圧が高くなる。この酸素生成の電圧がある電圧以上になると、酸素の生成と同時に酸素ラジカル等の活性種が生成され、この活性種と酸素が反応してオゾンが生成される。したがって、オゾンが生成可能な電圧以上となるように、流体制限層が電極反応層への水の浸透を抑制し、オゾン生成量に応じた電圧あるいは電流で電気分解することによって、任意の濃度のオゾン水を製造することができる。
【００１９】
流体制限層をバインダー材料で形成することによって、流体制限層と電極反応層との密着性を向上させることができる。したがって、電気分解によって発生する酸素などのガスによる流体制限層の破壊や、流体制限層と電極反応層の界面部の水の浸食による流体制限
層の剥離を防止することができる。そのため、水と電極反応層との接触面積が一定に保たれ、長期にわたり初期のオゾン生成性能を発揮させることができる。
【００２０】
流体制限層に用いられるバインダーは、専用溶媒を用いることで簡単に濃度調製ができるため、多くとも数回の塗布、焼成の繰り返しで所定の膜厚の流体制限層が得られる。そのため、製造工程の簡素化、工数の削減による低コスト化が可能となり、生産性に優れた電解用電極を提供することができる。
【００２１】
電極基体は、電気絶縁性を有する材料、または、金属の表面に電気絶縁性を有する被膜を形成する材料で形成することで、電極基体の酸化により腐食を防ぐことができ、電極基体の酸化腐食による孔食や亀裂を抑制し、電極基体の剥離やクラックが抑制されるとともに、電極反応層の剥離を防止することができ、耐久性を向上できる。さらに、電極反応層と流体制限層を高温で焼成することが可能となり、電極反応層との密着性を向上させることができる。
【００２２】
電極基体を電気絶縁性で形成することにより、電極基体の酸化腐食による孔食や亀裂を抑制し、耐久性を向上できる。さらに、電極反応層と流体制限層を高温で焼成することが可能となり、電極反応層との密着性を向上させることができる。
【００２３】
電極反応層は、導電性を有する材料を塗布することで、電気を供給することができる。
【００２４】
第２の発明は、特に、第１の発明において、電極基体は、主成分をセラミックから形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、電極基体の酸化腐食を防止することができるため、耐久性を向上できる。また、温度耐久性が可能となるため、電極反応層や流体制限層の焼成温度の高温が可能となり、生産性に優れた電解用電極を提供することができる。
【００２６】
第３の発明は、特に、第１の発明において、電極基体は、金属の表面に電気絶縁性を有する被膜を形成することを特徴とするものである。
これにより、金属表面の酸化腐食を防止することができるため、耐久性を向上できる。
【００２７】
第４の発明は、特に、第１から第３のいずれかの発明において、電極反応層は電極に電気と接続する電気接合層を備えることを特徴とするものである。
【００２８】
これにより、電極基体を連通することなく電解反応層に電気を簡単に接続することができる。
【００２９】
第５の発明は、特に、第１の発明において、流体制限層は、主成分が誘電体材料の粒子とバインダーとから形成されているとともに、流体制限層に電極反応層と連通する流通路を設けたことを特徴とするものである。
【００３０】
これにより、電気分解される水が電極反応層に到達しやすくなり、水と電極反応層との接触面積を大きくすることができるので、オゾンとが生成する電圧の幅が狭くなる欠点があるものの、電極反応層での電極反応による電流密度を小さくすることができ、電極としての耐久性をさらに向上させることができる。
【００３１】
第６の発明は、特に、第５の発明において、流通路は、誘電体材料の粒子によって形成されていることを特徴とするものである。
【００３２】
これにより、電気分解される水は、主として流体制限層を構成する誘電体材料の粒子間およびこの粒子とバインダーとの界面の隙間を通って侵入するので、水と電極反応層の表面と接触する面積は、流体制限層に含まれる粒子の大きさ、含有量によって変化する。
【００３３】
したがって、流体制限層に含まれる粒子の大きさ、含有量が酸素生成の電圧を変化させることになるので、流体制限層が同じ膜厚でも誘電体材料の粒子の大きさ、含有量によってオゾンの生成量を制御することができ、電解用電極の設計の自由度が大きくなり、実用性の高い電解用電極を提供することができる。
【００３４】
第７の発明は、特に、第５または第６の発明において、誘電体材料の粒子は、略球形であることを特徴とするものである。
【００３５】
これにより、誘電体材料の粒子同士の隙間、誘電体材料の粒子とバインダーの界面の隙間を一様な形状、大きさとすることができるので、流路抵抗が安定した流通路を形成することができ、安定したオゾン生成性能を得ることができる。
【００３６】
第８の発明は、特に、第１から第７のいずれかの発明において、バインダーは、無機系バインダーであることを特徴とするものである。
【００３７】
これにより、水との馴染みを良くすることができるので、長時間使用されても安定した流体制限層への水の浸透が得られ、電解用電極のオゾン生成性能が安定させることができる。
【００３８】
第９の発明は、特に、第８の発明において、バインダーは、主成分がガラスであることを特徴とするものである。
【００３９】
これにより、流体制限層の硬度、強度を高くすることができるので、機械的な破損を防止することができ、耐久性を向上させることができる。
【００４０】
第１０の発明は、特に、第９の発明において、バインダーは、主成分が、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の化合物を含まない組成のガラスであることを特徴とするものである。
【００４１】
これにより、水に浸漬された状態で放置されても水に溶解し易いアルカリ金属やアルカリ土類金属の溶出による流体制限層の多孔質化を防止することができるので、長期にわたり初期のオゾン生成性能を維持することができる。
【００４２】
第１１の発明は、特に、第１から第１０のいずれかの発明の電解用電極を備えた電気機器である。
【００４３】
これにより、安定してオゾンを生成できる電解用電極を有する電解装置を備えた電気機器を提供できる。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図を示すものである。
【００４６】
図１において、電解用電極１１は、電気絶縁性を有する電極基体１２の一方の表面に、電極反応層１３が形成され、電極反応層１３の表面には、流体制限層１４が、順次形成され、電解用電極１１が構成される。電極反応層１３は、貴金属、貴金属を含む合金、貴金を含む属酸化物のうち、少なくとも１種から形成される。流体制限層１４は、バインダーを主成分とし、水と電極反応層１３の表面との接触面積を制限する。
【００４７】
電極基体１２は、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニアなど、酸化物、炭化物が適用可能であるが、耐食性、機械的強度、加工性、コストなどの点から実用的には、アルミナが適している。
【００４８】
電極反応層１３は、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種が用いられるが、水の電気分解には、性能、耐久性の点で白金、白金を含む合金が適している。電極反応層１３の製法としては、出発原料として塩化白金酸をチタン基板の表面に塗布し、乾燥、焼成による熱分解して白金粒子の層を形成する焼成法、白金をチタン基板に電気めっきして、白金粒子の層を形成する電気めっき法などがあるが、特に限定されるものではなく、市販されている電極材料を採用してもよい。
【００４９】
流体制限層１４は、バインダーを主成分とするコーティング剤を塗布し、加熱硬化させることによって形成される。コーティング剤としては、ガラスペースト、金属アルコキシド、アルミナゾル、コロイダルシリカなどの無機系バインダーや、ナイロン樹脂ワニス、アクリル樹脂ワニス、シリコーン樹脂ワニスなど塗料として用いられている有機系バインダーが適用される。中でも、水と電極反応層１３の表面の接触面積を制限する機能と耐久性の点からガラスペーストが好適である。
【００５０】
また、流体制限層１４を形成する方法としては、スプレー塗装、刷毛やヘラ塗り、ロールコーター、スピンコーター、スクリーン印刷が挙げられ、限定されるものではない。流体制限層１４として無機系材料を用いる場合は、スパッタリング、ＣＶＤによる製法も採用することができる。
【００５１】
図２は、本発明の第１の実施の形態の電解用電極１１を用いた一例を示す流通式の電解装置の概略図である。図２において、電解装置１５は、水の流入口１６と電解された水の流出口１７が設けられた筐体１８と、筐体１８の内部に取り付けられたアノードとしての電解用電極１１と、対極１９と、電解用電極１１及び電極１９に通電するための直流電源２０とを備えている。
【００５２】
本実施の形態の電解用電極１１は、電極反応層１３と流体制限層１４を形成した面が対極１９と対向するように配置され、水が電解用電極１１と対極１９の間を流れるように流路を構成している。
【００５３】
次に、図２に示す電解装置１５の動作とオゾン発生について説明する。水が電解装置１５の一端に設けられた流入口１６から所定の流量で供給される。水は、電解用電極１１と対極１９に接触しながら、両電極の間に形成される流路を流れ、流出口１７から排出される。電解装置１５内の電解用電極１１と対極１９間が水で満たされると、直流電源２０から電解用電極１１をアノード極、対極１９をカソード極として電圧、もしくは電流が印加され、水を電気分解する。
【００５４】
アノード極である電解用電極１１では、水の電気分解処理で酸素が発生し、カソード極である対極１９では、水素が発生する。
【００５５】
本実施の形態では、電解用電極１１の水と接触する最表層には、流体制限層１４を形成
している。
【００５６】
流体制限層１４は、誘電体材料を用いている。このため、直流電源２０からの電圧、もしくは電流が印加されても電極としての導電性が得られず、流体制限層１４では、水の電気分解反応が生じない。水は、流体制限層１４中を浸透し、水が電解用電極１１の電極基体１２の表面に形成されている導電性の電極反応層１３に到達すると、電極反応層１３の表面で電気分解される。
【００５７】
流体制限層１４は、バインダーを主成分とするコーティング剤を塗布し、加熱硬化させて形成されたコーティング膜で構成される。このバインダーを主成分とするコーティング膜は、緻密な膜構造であるが、一様の密度ではない。このため、水は、相対的に膜の密度が小さい部分を介して流体制限層１４中を浸透し、電極反応層１３に到達する。
【００５８】
電極反応層１３に到達した水と電極反応層１３の接触面積は、電極反応層１３全体の面積に比べ極めて小さく、流体制限層１４のない電極構成よりも接触する電極反応層１３の部分の電流密度が増加し、酸素発生の電圧が高くなる（過電圧が高くなる）。この酸素生成の電圧が、ある電圧以上になると、酸素の生成と同時に酸素ラジカル等の活性種が生成され、この活性種と酸素が反応してオゾンが生成される。
【００５９】
従って、オゾンが生成される電圧以上で酸素生成の電極反応が発生するように流体制限層１４の多孔性を制御し、オゾン生成量に応じた電圧、あるいは電流で電気分解することによって所定の濃度のオゾン水を製造することができる。
【００６０】
流体制限層１４は、バインダー材料で形成される。バインダーは、本来、接着剤としての機能を有する。バインダー材料を流体制限層１４の形成に用いることにより、流体制限層１４と電極反応層１３との密着性を向上させることができる。これにより、電解によって発生する酸素などのガスの圧力による流体制限層１４の破壊や、流体制限層１４と電極反応層１３の界面部の水の浸食による流体制限層１４の剥離を防止することができる。
【００６１】
その結果、常に一定の水と電極反応層１３との接触面積を維持することができるので、本実施の形態の電解用電極１１は、長期にわたり初期のオゾン生成性能を維持することができる。
【００６２】
また、流体制限層１４に用いられるバインダーは、専用溶媒で濃度調製が簡単にできるため、従来の電解用電極のように、十数回以上の塗り重ねを必要とせず、多くとも数回の塗布、焼成の繰り返しによって所定の膜厚を得ることができる。これにより、製造工程の簡素化、製造工数の削減による低コスト化が可能となり、生産性に優れた電解用電極１１を提供することができる。
【００６３】
本実施の形態の流体制限層１４に用いられるバインダーは、前述の通り、ガラスペースト、金属アルコキシド、アルミナゾル、コロイダルシリカなどの無機系バインダーや、ナイロン樹脂ワニス、アクリル樹脂ワニス、シリコーン樹脂ワニスなど塗料として用いられている有機系バインダーが適用されるが、特に、無機系バインダーが好適である。無機系バインダーは、親水性が高く、水との馴染みが良好であるため、流体制限層１４の表面での水の弾きが抑制され、水が常に安定して流体制限層１４内部へ浸透する。したがって、オゾン生成性能が安定化し、品質の高い電解用電極１１を実現することができる。
【００６４】
無機系バインダーとしては、特に、主成分がガラスであることが好適である。ガラス材料は、電極反応層１３との優れた密着性を実現することができる。また、流体制限層１４自体の硬度、強度が高いので、機械的な破損を防止することができ、優れた耐久性を実現
することができる。
【００６５】
また、無機系バインダーとしては、ガラスの中でも主成分がアルカリ金属、およびアルカリ土類金属の化合物を含まない組成のガラスとすることが好ましい。アルカリ金属、アルカリ土類金属の化合物を含有したガラスからなる流体制限層１４は、長期間水中で浸漬されると、アルカリ金属、アルカリ土類金属が徐々に溶出し、多孔質化する。多孔質化した流体制限層１４は、水が電極反応層１３へ浸透する箇所が多くなるため、水と電極反応層１３と接触面積が増加し、酸素生成の電圧が低下し、オゾン生成性能が低下する。
【００６６】
本実施の形態の流体制限層１４は、アルカリ金属、アルカリ土類金属の化合物を含まないガラスからなり、ガラス成分の溶出を抑制することができる。このため、電解用電極１１が水に浸漬された状態で長期間放置されても、流体制限層１４の多孔質化を防止することができ、長期にわたり初期のオゾン生成性能を維持することができる。
【００６７】
アルカリ金属、アルカリ土類金属を含有しないガラスは、一般的には、塗布後の焼成温度が９００℃以上の高温となる。このガラスは、電極基体１２が金属材料である場合は、高温で焼成すると酸化が進行し、酸化層の剥離、電極の変形などが発生し、電解用電極１１としての機能が発揮できなくなる可能性がある。
【００６８】
この課題を解決するためには、流体制限層１４を７００℃以下の比較的低い焼成温度で焼成する必要がある。この低い焼成温度と、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含有しないガラス成分を両立するものとして、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｂｉの酸化物を主成分とする組成のガラスが挙げられる。この組成のガラスで流体制限層１４を形成することにより、オゾン生成性能と耐久性に優れた電解用電極１１を実現することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態の流体制限層１４は、緻密な構造であり、水の浸透が数十ナノからサブミクロンの微粒子間、あるいはガラスの分子構造の隙間を介して起こる。膜厚が厚いと、バリア性が高くなり、水の浸透性が損なわれるため、１０μｍ以下の薄膜で形成する方がよい。
【００７０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態おける電解用電極の厚さ方向の概略拡大断面図である。実施の形態１と異なる点は、電極基体の構成材料にある。なお、実施の形態１と同じ構成材料には、同一符号を付けて説明を省略する。
【００７１】
電解用電極２１は、電極基体１２の一方の表面に貴金属、貴金属を含む合金、もしくは貴金属酸化物からなる電極反応層１３が形成され、さらに電極反応層１３の表面には、流体制限層２２が形成され、電解用電極２１が構成される。流体制限層２２は、主成分が誘電体材料の粒子２３とバインダー２４とからなり、粒子２３とバインダー２４との間に電極反応層１３と連通する流通路２５が形成されている。
【００７２】
なお、電極基体１２、電極反応層１３は、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
【００７３】
本実施の形態の流体制限層２２を構成する誘電体材料の粒子２３は、導電性を有せず、水環境に曝されても粒子成分が溶出しない化合物であれば適用することができる。化合物としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカなどの金属酸化物、窒化物、炭化物が挙げられる。
【００７４】
また、この化合物は、単独、混合物、複合化物のいずれも用いることができ、半導体の
ような電気抵抗が高い材料の粒子も適用可能である。
【００７５】
流体制限層２２に用いられるバインダー２４は、実施の形態１と同様な材料および製法が適用される。
【００７６】
流体制限層２２に形成される流通路２５は、含有する誘電体材料の粒子２３によって形成されるものである。すなわち、誘電体材料の粒子２３同士の微小な隙間、および、誘電体材料の粒子２３とバインダー２４の界面の隙間が連なることによって、電極反応層１３に連通した流通路２５が形成される。水は、流通路２５を通り、電極反応層１３と接触する。
【００７７】
この構成によると、流通路２５を設けることにより、電気分解される水が電極反応層１３に到達しやすくなるので、水と電極反応層との接触面積を大きくすることができる。オゾンが生成される電圧の幅が狭くなる欠点があるが、電極反応層１３での電流密度を小さくすることができる。これにより、電極反応層１３として用いられる貴金属の溶出量が少なくなり、電解用電極２１の耐久性を向上させることができる。
【００７８】
流体制限層２２の流通路２５は、誘電体材料の粒子２３同士の隙間および誘電体材料の粒子２３とバインダー２４の界面の隙間が連なって形成される。従って、電気分解される水と接触する電極反応層１３の表面の接触面積は、流体制限層２２に含まれる誘電体材料の粒子２３の大きさ、含有量によって変化する。
【００７９】
すなわち、流体制限層２２に含まれる誘電体材料の粒子２３の粒径が小さい場合は、接触する粒子同士の隙間、流体制限層２２の流通路２５が小さくなり、電極反応層１３と接触する水との接触面積が小さくなる。その結果、酸素発生の電圧が高くなり、オゾンの生成量が多くなる。
【００８０】
一方、流体制限層２２に含まれる誘電体材料の粒子２３の含有量が少なくなると、形成される流通路２５の数も少なくなり、電極反応層１３と接触する水との接触面積が小さくなる。その結果、酸素発生の電圧が高くなり、オゾンの生成量が多くなる。
【００８１】
このことから、流体制限層２２に含まれる誘電体材料の粒子２３の大きさ、含有量により、酸素生成の電圧を制御することが可能である。したがって、流体制限層２２が同じ膜厚であっても、誘電体材料の粒子２３の大きさ、含有量によって、オゾンの生成量を制御できるので、電解用電極２１の設計の自由度が大きく、実用性の高い電解用電極２１を提供することができる。
【００８２】
また、本実施の形態に用いられる誘電体材料の粒子２３は、形状が球形であることが好ましい。誘電体材料の粒子２３の形状を球形とすることにより、誘電体材料の粒子２３同士の隙間、誘電体材料の粒子２３とバインダー２４の界面の隙間を比較的一様な形状、大きさにすることができる。これにより、流路抵抗が安定した流通路２５を形成することができ、安定したオゾン生成性能を得ることができる。
【００８３】
誘電体材料の粒子２３として、一様に球形のアルミナビーズと、多角形で粒子の形状が異なるアルミナの粉砕粒子の両者について、バインダー２４としてガラスペーストを用いて各々の流体制限層２２を形成した電解用電極２１を各１０枚作製した。
【００８４】
これらの電解用電極２１ついて、図２に示した電解装置１５を用い、電解用電極２１をアノード、市販の白金電極をカソードとして、水道水を流しながら一定電圧を印加し、生成するオゾン濃度を測定した。その結果、球状のアルミナ粒子を用いて形成した流体制限
層２２を有する電解用電極２１は、ほぼ同様なオゾン濃度が得られたのに対し、形状の異なるアルミナ粒子を用いて形成した流体制限層２２を有する電解用電極２１は、オゾン濃度のばらつきが大きい結果を得た。
【００８５】
これは、流体制限層２２を誘電体材料の粒子２３として球形形状を用いて形成することにより、流体制限層２２に一様な流通路２５が形成され、電極反応層１３に到達する水と電極反応層１３との接触面積がほぼ同等となっていると推定される。その結果、安定したオゾン生成性能を実現できると考えられる。
【００８６】
本発明の第１の実施の形態、第２の実施の形態における流体制限層１４、２２は、酸素生成の電圧を高くすることにより、オゾンが生成する。オゾンが生成する酸素生成の電圧を明確にするため、電解質として０．１Ｍ濃度の硫酸ナトリウム、参照電極としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極、対極として白金、作用極として本実施の形態の電解用電極１１、２１を用いて、ポテンショスタット測定器によって電流−電圧特性を評価した。
【００８７】
その結果、電解用電極１１、２１の電圧は、１．６〜３Ｖ（参照電極の電位に対して）の範囲がオゾン生成に好適であることがわかった。１．６Ｖ未満では、オゾンの生成量が少ない。３Ｖより高いと、電流が大きく、電極反応層１３に含まれる貴金属の溶出が大きくなり、耐久性が低下する。
【００８８】
なお、本実施の形態の流体制限層１４と２２は、従来例のように電極反応層１３に到達するクラックは発生しておらず、従来技術のようにクラックを水の流通路とするものではない。
【００８９】
また、流体制限層１４、２２に用いられる材料は、酸素を酸化し、オゾンを生成させる触媒効果もないと判断する。
【００９０】
（実施の形態３および４）
図４は、本発明の実施の形態３における電解用電極の概略断面図である。
【００９１】
本実施の形態３の電解用電極１１は、電極基体１２の表面に電極反応層１３を形成し、電極反応層１３の表面に流体制限層１４を形成している。本実施の形態３では、電極反応層１３の表面に、電源に電気的に接続するための端子部２６として導電性の被膜を施している。
【００９２】
図５は、本発明の実施の形態４における電解用電極の概略断面図である。
【００９３】
本実施の形態４の電解用電極１１は、電極基体１２として、金属基体１２ａの表面に絶縁性被覆１２ｂを施したものを用い、電極基体１２の表面に電極反応層１３を形成し、電極反応層１３の表面に流体制限層１４を形成している。さらに、本実施の形態３と同様に電極反応層１３の表面に、電源に電気的に接続するための端子部２６として導電性の被膜を施している。
【００９４】
図４および図５において、電極基体１２は、セラミック基板、あるいは絶縁被膜基板を用いる場合は、電極反応層１３と同じように、電源に電気的に接続される端子部として導電性の被膜を設ける構成とする必要がある。
【００９５】
以上のように、本発明の実施の形態における電解用電極は、流体制限層によってオゾンを生成する電圧を制御することができるので、任意の濃度のオゾン水を製造することができる。また、流体制限層と電極反応層の密着性が高く、流体制限層の剥離が抑制されるた
め、耐久性に優れ、長期にわたり安定したオゾン濃度の水を得ることができる。また、流体制限層は、簡単な工程で容易に形成できるので、生産性に優れている。
【００９６】
さらに、本発明の実施の形態における電解用電極を有する電解装置を備えた電気機器を提供することで、この電気機器が生成するオゾンにより、水や食品の除菌、臭気成分の分解による室内の脱臭、風呂水の浄化、浴槽の汚染防止などが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように、本発明にかかる電解用電極は、安定したオゾンの生成や耐久性を向上させるとともに、生産性に優れているので、オゾンによる水や食品の除菌、臭気成分の分解による室内の脱臭、風呂水の浄化、浴槽の汚染防止などの機能を有する電解装置を備えた電気機器に適用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１１  電解用電極
１２  電極基体
１３  電極反応層
１４  流体制限層
２１  電解用電極
２２  流体制限層
２３  粒子
２４  バインダー
２５  流通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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