(57)【要約】【課題】活性酸素種が長時間安定して発生できるようにした電解用電極及びその製造方法、並びに電解用電極を用いた活性酸素種生成装置を提供すること。【解決手段】水を電解してオゾン、ＯＨラジカル等の活性酸素種を生成する電解用電極１おいて、Ｔｉ等からなる電極基体２と、この電極基体２上に形成されたＰｔ等からなる導電体層３と、この導電体層３を被覆するＴａ２Ｏ５（酸化タンタル）等からなる絶縁体層４を備え、導電体層３の少なくとも一側面を絶縁体層４から露出させている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電解してオゾン、ＯＨラジカル等の活性酸素種を生成する電解用電極において、基板と、この基板上に設けられた導電体層と、この導電体層を被覆すると共に前記導電体層の一部が露出するように成された絶縁体層とを備えたことを特徴とする電解用電極。
【請求項２】
水を電解してオゾン、ＯＨラジカル等の活性酸素種を生成する電解用電極において、Ｔｉからなる基板と、この基板上に設けられたＰｔからなる導電体層と、この導電体層を被覆すると共に前記導電体層の一部が露出するように成されたＴａ２Ｏ５からなる絶縁体層とを備えたことを特徴とする電解用電極。
【請求項３】
水を電解してオゾン、ＯＨラジカル等の活性酸素種を生成する電解用電極の製造方法において、
基板上に導電体層を形成した後に、この導電体層を絶縁体層で被覆すると共に前記導電体層の一部が露出するよう絶縁体層を形成することを特徴とする電解用電極の製造方法。
【請求項４】
前記導電体層の一部を露出させるために、前記絶縁体層を欠削、研磨又は切断することを特徴とする請求項３に記載の電解用電極の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の電解用電極からなる陽極と、陰極と、これらの陽極及び陰極が挿入された水槽と、前記陽極及び陰極間に一定の直流電流を流す電源とからなることを特徴とする活性酸素種生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電解してオゾン、ＯＨラジカル等の活性酸素種を生成する電解用電極及びその製造方法、並びに電解用電極を用いた活性酸素種生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電解用電極は多孔質体または網状体で形成された基板（以下、電極基体という。）電極基体上に白金（Ｐｔ）または白金を含む合金等からなる電極触媒を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−８０９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この電解用電極では電解に伴う電極触媒の消耗とともに電極の表面積が変わり、オゾンやＯＨラジカル等の活性酸素種の生成が不安定になる問題があった。すなわち、電極触媒が消耗して薄くなると、電極の表面積が小さくなり、電解用電極を流れる電流密度が上がるため、オゾン等の活性酸素種が必要以上に発生してしまう欠点があった。また、高価な白金等を使用する電極触媒を厚めにしなければならず、コスト的にも問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、活性酸素種が長時間安定して発生できるようにした電解用電極及びその製造方法、並びに電解用電極を用いた活性酸素種生成装置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】
【０００６】
第１の発明は、水を電解してオゾン、ＯＨラジカル等の活性酸素種を生成する電解用電極において、基板と、この基板上に設けられた導電体層と、この導電体層を被覆すると共に前記導電体層の一部が露出するように成された絶縁体層とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、水を電解してオゾン、ＯＨラジカル等の活性酸素種を生成する電解用電極において、Ｔｉからなる基板と、この基板上に設けられたＰｔからなる導電体層と、この導電体層を被覆すると共に前記導電体層の一部が露出するように成されたＴａ２Ｏ５からなる絶縁体層とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、水を電解してオゾン、ＯＨラジカル等の活性酸素種を生成する電解用電極の製造方法において、
基板上に導電体層を形成した後に、この導電体層を絶縁体層で被覆すると共に前記導電体層の一部が露出するよう絶縁体層を形成することを特徴とする。
【０００９】
第４の電解用電極の製造方法に係る発明は、第３の発明において、前記導電体層の一部を露出させるために、前記絶縁体層を欠削、研磨又は切断することを特徴とする。
【００１０】
第５の活性酸素種生成装置に係る発明は、第１又は第２の発明に記載の電解用電極からなる陽極と、陰極と、これらの陽極及び陰極が挿入された水槽と、前記陽極及び陰極間に一定の直流電流を流す電源とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電解用電極では、導電体層及び絶縁体層が端部から消耗していくため、導電体層の露出面積がほぼ一定に保たれ、活性酸素種を長時間安定して生成することができる。また、導電体層は薄膜で良いため、白金等の貴金属の使用量が少なくて済む。
【００１２】
また、本発明の電解用電極の製造方法では、導電体層の少なくとも一部を絶縁体層から露出させることができ、簡単、かつ安価に電解用電極を製造することができる。
【００１３】
さらに、本発明の活性酸素種生成装置では上述した電解用電極を陽極として使用しているため、活性酸素種を安定して供給することができ、汚れた空気の浄化や除菌を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される電解用電極の製造工程を説明するための説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の説明に適用される電解用電極のオゾン生成効率と経時変化を説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の説明に適用される電解用電極のもう一つの製造工程を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の説明に適用される活性酸素種生成装置の応用例である空気清浄機の概略構成を示す説明図である。
【図５】電気洗濯機の正面図である。
【図６】扉を閉じた状態における電気洗濯機の右側断面図である。
【図７】扉を開いた状態における電気洗濯機の右側断面図である。
【図８】水を循環させる循環水路およびオゾンを含む空気を供給するオゾン供給路の構成を表す浄化循環水路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１乃至図４に基づき、本発明の実施形態について説明する。電解用電極の製造工程を説明するための説明図である図１において、上段はそれぞれの斜視図、下段はそれぞれの横断平面図であって、電解用電極１は、例えばＴｉ（チタン）製の電極基体２を使用している。この電極基体２は横２ｃｍ×縦８ｃｍ×厚み１ｍｍのものである。この電極基体１の厚みが薄いと変形しやすく、厚いと加工が難しくなり、コスト高となるので、厚みは０．５〜２ｍｍの範囲が適している。
【００１６】
この電極基体２は、例えばＰｔ（白金）からなる導電体層３で被覆されている。この導電体層３の膜厚は１００〜２００ｎｍである。膜厚が薄いと導電性が悪化し、厚いとコスト高になるばかりでなく、後述する絶縁体層４が先に腐食して無くなると導電体層３のみが残るようになり、導電体層３の露出面積が段々と大きくなるので、導電体層３の膜厚は２０〜３００ｎｍの範囲が適している。
【００１７】
さらに、導電体層３は、例えばＴａ２Ｏ５（酸化タンタル）からなる絶縁体層４で被覆されている。この絶縁体層４の膜厚は３００〜１０００ｎｍが好ましく、２００〜２０００ｎｍでも良い。この絶縁体層４の厚みが薄いと絶縁体層４のみが先に腐食して無くなると導電体層３のみが残ってしまい、導電体層３の露出面積が段々と大きくなる。また、絶縁体層４が厚いと導電体層３のみが腐食し、絶縁体層４の中がトンネル状になって、最後にはオゾン等の活性酸素種が出なくなるので、絶縁体層４の厚みは上述した範囲がよい。
【００１８】
Ｐｔからなる導電体層３とＴａ２Ｏ５からなる絶縁体層４はスパッタ法でそれぞれ形成されているが、焼結法で形成しても良く、導電体層３はメッキ法で形成しても良い。
【００１９】
このようにして製造した電解用電極１は最後に一側面（図１では、右側面）を研磨することにより、導電体層３の一側面をオゾン等の生成面として絶縁体層４    から外部に露出させるようにしてある。この一側面の研磨は導電体層３と絶縁体層４の厚みの合計となり、それぞれの最大値の５００ｎｍ＋２０００ｎｍ＝２５００ｎｍ以上行えば十分である。研磨は研摩紙を用いて行うことができ、サンドブラスト法を用いて行っても良い。さらには、研磨の代わりに、欠削することにより、又は電極基体２、導電体層３、絶縁体層４を縦断するように切断することにより、導電体層３を外部に露出させてもよい。
【００２０】
図２はこのようにして製造された電解用電極１のオゾン生成効率特性（上段）と断面形状の経時変化（下段）を示している。オゾン生成効率は電解開始当初のａ時点では５％であるが、オゾン等の発生に伴う断面形状の変化によりｂ時点では３．５％となり、電解開始から２０時間（ｃ時点）以降では２％で安定し、その後はほぼ変化しなくなる。
【００２１】
このことは本発明の電解用電極１では、オゾン、ＯＨラジカル等の等の活性酸素種の発生により、導電体層３と絶縁体層４の腐食がほぼ同時に進み、絶縁体層４から露出する導電体層３の表面積が長時間に亘ってほぼ一定に保たれるため、オゾン生成効率もほぼ一定となり、活性酸素種が長時間安定して発生できる。また、Ｐｔからなる導電体層３は薄膜であるので、安価に製造できる。
【００２２】
図３は本発明のもう一つの実施形態の電解用電極１の製造工程を示すものであり、図１と共通するものには同一符号を付してある。この実施態様では、電極基体２の上下の中間位置に横長方向に導電体層３を、さらにＴａ２Ｏ５からなる絶縁体層４を被覆する。
【００２３】
そして、電極基体２、Ｐｔからなる導電体層３及びＴａ２Ｏ５からなる絶縁体層４を研磨する代わりにＬ字状に切断することにより、導電体層３の一側面を絶縁体層４から露出させるとともに、同時に２つの電解用電極１が製造できるようにしている。前記切断は、金型を用いたプレス加工で行っても、またレーザー加工で行っても良い。
【００２４】
図４は上述した電解用電極１を用いた活性酸素種生成装置１０を応用した空気清浄機１１の概略構成を示すものである。図４において、１２は上述した電解用電極１からなら陽極、１３は陰極（Ｔｉの基板上に、Ｐｔを付けた電極）、１４は直流電源（通常動作では、１００〜５００ｍＡの定直流電源を用いるが、定電圧電源でもよい。）、１５は陽極１２及び陰極１３が挿入された水槽、１６はエアフィルター、１７はポンプ、１８は水槽１５内の電解水をポンプ１７によってエアフィルター１６上方に導き、エアフィルター１６に滴下させる導水管である。
【００２５】
活性酸素種生成装置１０の直流電源１４から陽極１２及び陰極１３間に直流電流が流れると、水槽１５内にオゾンやＯＨラジカル等の活性酸素種を含む電解水が生成される。そして、この電解水がポンプ１７により導水管１８を通ってエアフィルター１６に滴下されるため、送風ファン（図示せず）によってエアフィルター１６に循環供給される室内空気はエアフィルター１６を通過する際に浄化され、除菌される。活性酸素種生成装置１０の陽極１２には電解用電極１を使用しているため、活性酸素種を安定して発生させ、空気清浄機能や除菌機能を長期にわたって安定して発揮させることができる。
【００２６】
次に、図５乃至図８に基づいて、電解用電極１を用いたオゾン発生ユニット３３を使用した電気洗濯機について、説明する。電気洗濯機２０は、その外殻を構成する正面視縦長略長方形状のハウジング２１を有する。ハウジング２１の内部上方には後述する洗濯槽が配置されており、その内部下方には後述する貯水槽が配置されている。
【００２７】
ハウジング２１の正面上方に形成されたハウジング開口２１Ａには開閉可能な扉２２が備えられている。ハウジング２１の正面上部には、複数個の操作キーおよび表示器が配列された操作・表示部２３が配置されている。
【００２８】
図５及び図６を参照して、電気洗濯機２０には洗濯槽３０（収容室）が備えられ、この洗濯槽３０は外槽３１と、外槽３１内に配置され、洗濯物を収容するための円筒状のドラム３４（内槽）とを含んでいる。そして外槽３１の背面にはＤＤモータ３２が取り付けられており、ＤＤモータ３２によって外槽３１内でドラム３４が回転され得る。また、外槽３１は、複数のダンパによってハウジング２１の底部に取り付けられ、ハウジング２１内で揺動自在に支持されている。
【００２９】
外槽３１の上方左側には注水口ユニット３５が設けられている。注水口ユニット３５は、オゾン発生ユニット３３、外槽３１内へ洗いやすすぎのための水が供給される場合に、当該水が通過するユニットである。このユニット３５内には、洗剤容器３７（図８参照）が備えられていて、供給される水が洗剤容器３７内を流れ、それに伴い洗剤が水と一緒に供給されたり、供給されなかったりを選択可能になっている。
【００３０】
この電気洗濯機２０は、洗いやすすぎに風呂水を用いることができる。そのために、注水口ユニット２５の右側に隣接するように風呂水を汲み上げる手段としての風呂水ポンプ３６（図８参照）が備えられている。
【００３１】
さらに、洗濯槽２０では、洗いおよびすすぎに加えて乾燥も行える。そのために、外槽３１の右側後方には流出路としての乾燥風路３８（図８参照）が接続されている。乾燥風路３８は、外槽３１の出口から湿った空気を吸い出して流出させ、その空気を上方へ導く間に、空気の除湿を行う。乾燥風路３８の上部には、接続ホース３９を介して、ブロアユニット４０が接続されている。送り込む空気を加熱するためのヒータを備えたブロアユニット４０は、乾燥風路３８で導かれた除湿後の空気（乾燥風）を接続ホース４１および乾燥風入口（図示せず）を介して、再び外槽３１内へ流入させるためのものである。
【００３２】
ここで、乾燥風路３８、接続ホース３９、ブロアユニット４０および接続ホース４１は、循環流路として機能し、この循環流路は、乾燥風入口（外槽３１の入口）および出口に接続されている。
【００３３】
電気洗濯機２０には、ブロアユニット４０の近傍にオゾン発生ユニット３３（図８参照）が備えられている。オゾン発生ユニット３３は、前記電解用電極１を用いた水浄化手段として機能する。
【００３４】
電気洗濯機２０には、洗濯槽３０の下方に備えられた貯水タンク４２は、外槽３１から排水される水や、風呂水ポンプ３６で汲み上げられた風呂水を溜めるものである。貯水タンク４２の近傍には、貯水タンク４２の水を汲み出すための循環ポンプ４３が備えられている。さらに、外槽３１、注水口ユニット３５、乾燥風路３８、貯水タンク４２等の間で水を行き来させるために、多数のホースが配置されており、オゾン発生ユニット３３には、図４に示すように、注水口ユニット３５から供給された水が一旦溜まり、その間、直流電源１４から陽極１２及び陰極１３間に直流電流が流れることによって、オゾンが溶解した電解水が生成される。この電解水は、洗いやすすぎの際に、外槽３１内へ供給される。
【００３５】
図８は、図５乃至図７で説明した電気洗濯機２０における水を循環させる循環水路およびオゾンを含む空気を供給するオゾン供給路の構成を表わす浄化循環水路図である。この図８を参照して、水栓４４から供給される水道水は、給水バルブ４５の開閉制御により、注水口ユニット３５および接続ホース４６を通って洗濯槽３０内へ供給される。このとき、給水バルブ４５を切り換えることによって、水道水が第１流路４７を通って注水口ユニット３５内の洗剤容器３７内を流れるか、第２流路４８を通り、注水口ユニット３５内のソフナー容器４９内を流れるか、更にはオゾン発生ユニット３３に流れるかを選択できる。
【００３６】
洗濯槽３０（外槽３１）内の水は、排水口パイプ５０に設けられた排水バルブ５１を開閉制御することにより排出できる。排水バルブ５１には中間ホース５２を介してフィルタユニット５３が接続されている。フィルタユニット５３は、外槽３１から排出される水に含まれるリントや異物を捕獲するためのものである。フィルタユニット５３に入った水は、排水パイプ５４およびバルブ５８を通り、排水ホース５５からハウジング２１外へ排出される。ハウジング２１外では、たとえば外部排水ホース５６を通り、排水トラップ５７へと排出される。
【００３７】
以上が、水道水を用いて洗いおよびすすぎを行う場合の、節水機能を実行しないときの水の流れである。
【００３８】
なお、上述した実施形態にあっては、電解用電極１の電極基体２にはＴｉ（チタン）を使用したが、これはＴｉが耐蝕性及び加工性に優れ、安価であるためである。電極基体２にはＴｉの他にＺｒ（ジルコニウム）、ステンレス、Ｔｉを含む合金等を使用しても良い。
【００３９】
また、同じく導電体層３にはＰｔ（白金）を使用したが、これはＰｔが耐蝕性及び導電性に優れているためである。導電体層２にはＰｔの他にＲｈ（ロジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｏｓ（オスシウム）を含む合金等が使用可能である。また、絶縁体層４にはＴａ２Ｏ５（酸化タンタル）を使用したが、これは耐蝕性及び絶縁性に優れているためである。絶縁体層４にはＴａ（タンタル）と同じ弁金属（Ｔｉ，Ｚｒ、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｗ（タングステン））の酸化物や、弁金属を含む合金の酸化物が使用可能である。
【００４０】
以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【符号の説明】
【００４１】
１  電解用電極
２  電極基体
３  導電体層
４  絶縁体層
１０  活性酸素種生成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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