(57)【要約】【課題】簡単に低コストで製造し得る大型電極を提供すること。【解決手段】本発明は、複数の金属の基板からなり、各基板の少なくとも一方の面がダイヤモンドの層で被覆されている電極に関する。大型電極を容易に製造するために、基板は、少なくとも１つのフランジに備えられたジョイント（１４）によって互いに接合され、機械的に安定な電極体を形成し、該ジョイント（４）によって、基板間に導電性が付与されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属の基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）からなり、
前記各基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）の少なくとも一方の面が、導電性ダイヤモンドの層（３．１、３．２、３．３・・・３．ｎ）で被覆されている電極であって、
前記基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）が、フランジ（７．１、７．２、７．３・・・７．ｎ）の少なくとも１つに備えられたジョイント（４．８）によって互いに接合され、機械的に安定な電極体を形成し、
前記ジョイント（４、８）によって、基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）の間に導電性が付与される、電極。
【請求項２】
ダイヤモンド及び／又は基板が、１００Ωｃｍ未満、好ましくは０．１Ωｃｍ未満の電気抵抗を有する、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）の間のジョイント（４、８）が、１００Ωｃｍ未満、好ましくは０．１Ωｃｍ未満の電気抵抗を有する、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項４】
ダイヤモンドが、ドーピングを含んでいる、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項５】
ドーピングが、以下の物質：ホウ素及びチッ素の少なくとも１つからなる、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項６】
ダイヤモンドに含まれるドーピングの量が、１０ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの範囲、好ましくは１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲である、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項７】
ジョイント（４、８）により、基板に固定連結部及び／又は金属連続部が供給される、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項８】
固定連結部が、螺旋ジョイント、回復ジョイント、固定ジョイント、割戻ジョイント又は押込型フィッティングにてなされる、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項９】
接合した基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）の金属連続部が、溶接ジョイント（４）で形成される、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１０】
溶接ジョイント（４）が、拡散溶接、電子ビーム溶接又はレーザー溶接にて形成される、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１１】
ジョイント（４、８）が、はんだ付けジョイントである、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１２】
ジョイント（４、８）が、基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）の各面（Ｓ１、Ｓ２）上に設けられた、２つの対向した溶接ジョイントからなる、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１３】
ジョイント（４、８）が、耐腐蝕層（６）で被覆されている、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１４】
耐腐蝕層（６）が、金属の自己保護層であるか、又は有機材料、特にプラスチックもしくは無機材料からなる、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１５】
ジョイント（４、８）が、導電性ポリマーからなる、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１６】
金属が、自己保護金属である、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１７】
金属が、以下の金属：チタン、ニオブ、タンタル、アルミニウム、ジルコニウム、鋼、及びチタンホウ素チッ化物又はクロム炭化物で被覆されている鋼から選ばれる、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１８】
基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）が、０．１〜２０．０ｍｍの範囲の厚さを有する、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項１９】
ダイヤモンド層（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）が、２μｍ〜２００μｍの範囲の厚さを有する、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項２０】
ダイヤモンド層（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）が、基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）の対向面（Ｓ１、Ｓ２）上に設けられた、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項２１】
基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）が、角形、好ましくは長方形である、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項２２】
基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）が、平面又は曲面を有する、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項２３】
基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）が、チューブ、スラブ、ロッド又はプレートである、前記請求項の１つに記載の電極。
【請求項２４】
基板（２．１、２．２、２．３・・・２．ｎ）の少なくとも１つが、少なくとも１つのアパーチャー（９）を有する、前記請求項の１つに記載の電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に係る大型電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような電極は、例えば国際公開第０２／０６１１８１号パンフレットに開示されている。既知の大型電極は、平面支持材の表面上に、各々間隔をとって固定された複数の平面電極素子から形成されている。電極素子同士の間隙には、絶縁材料が充填されている。各電極素子は、導電性ダイヤモンド層で被覆されたケイ素又は炭化ケイ素基板からなる。かかる既知の大型電極を製造するには、高コストを要する。さらに、かかる既知の電極の靭性はそれ程高くなく、取扱いが複雑である。
【０００３】
ドイツ特許公開第１９９１１７４６号公報には、導電性ダイヤモンド層を備えた電極の製法が開示されている。ここで、かかる層は化学蒸着法にて形成されている。しかし、特により大型の基板を被覆する際には、しばしばその形状が失われる。さらに、蒸着したダイヤモンド層はそれ程均一ではない。
【０００４】
ドイツ特許公開第６９４１０５７６号公報には、その表面に導電性ダイヤモンド層を有する電極で、廃水を電解処理する方法が開示されている。かかるダイヤモンドには、導電性を付与するドーピングが含まれている。かかる公報には、大型電極は開示されていない。
【特許文献１】国際公開第０２／０６１１８１号パンフレット
【特許文献２】ドイツ特許公開第１９９１１７４６号公報
【特許文献３】ドイツ特許公開第６９４１０５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、簡単に低コストで製造し得る大型電極を提供することである。本発明のさらなる目的は、その効果が向上した大型電極を提供することである。また本発明のさらなる目的は、種々の３次元形状で製造し得る電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的は、請求項１の特徴によって達成される。有用な実施態様は、請求項２〜２４の特徴に由来する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の大型電極は、簡単に低コストで製造することができ、その効果が向上したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明において、基板は、少なくとも１つのフランジ上に設けられたジョイントによって互いに接合され、機械的に安定な電極体を形成している。ここで、かかるジョイントにより、基板間に導電性が付与されている。
【０００９】
フランジにて基板が互いに接合しているとき、支持材が不要であるという利点がある。本電極は、より労力をかけずに製造することが可能である。本ジョイントは、隣接した基板のダイヤモンド層を並べることによって製造することができる。すなわち、本電極は、本質的に、その全表面にわたる連続したダイヤモンド層を示す。本電極の効果は増大する。そのうえ、本発明により、対する両表面がダイヤモンド層で被覆された大型電極を提供することが可能である。これにより、電極の効果は倍増する。
【００１０】
本発明によれば、大型電極は、複数の比較的小さな電極素子を接合して製造することができる。かかる電極素子は、例えば各々１０ｃｍ×１０ｃｍ程度の大きさの基板を有するものである。
【００１１】
このような小さな電極素子は、その形状を失うことなく製造することができる。かかる電極素子の場合、たとえ化学蒸着の後であっても、基板の原形からのズレといった湾曲を、基板素子との接合時に補正することができる。この際、大型電極は波状の表面を有する場合がある。しかしながら、かかる大型電極は、通常、取付け構造体への取付けが容易に可能な程度の平面形状を有する。
【００１２】
本発明の実施態様によれば、ダイヤモンド及び／又は基板は、１００Ωｃｍ未満、好ましくは０．１Ωｃｍ未満の電気抵抗を有する。基板間のジョイントも、同様に、１００Ωｃｍ未満、好ましくは０．１Ωｃｍ未満の電気抵抗を有することが有利である。これにより、接合した基板全体にわたって充分な導電性が保証される。特に、基板を電気的に接続するための支持材等が不要である。
【００１３】
さらなる実施態様によれば、ダイヤモンドはドーピングを含んでいる。かかるドーピングは、以下の物質：ホウ素及びチッ素の少なくとも１つからなる。ダイヤモンドに含まれるドーピングの量は、１０ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの範囲、好ましくは１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲である。かかるドーピングにより、前記ダイヤモンドの電気抵抗を調整することができる。
【００１４】
さらなる実施態様によれば、ジョイントによって基板に固定連結部（ｆｏｒｃｅ  ｌｏｃｋｅｄ  ｌｉｎｋａｇｅ）及び／又は金属連続部が供給される。かかる固定連結部は、螺旋ジョイント、回復ジョイント、固定ジョイント、割戻ジョイント又は押込型フィッティングにてなされる。好適な接合表面を得るために、基板を、ジョイントで接続されているフランジに沿って、ダイヤモンドで被覆しないようにすることが可能である。さらに、基板のフランジを、例えばＳ状法（Ｓ−ｌｉｋｅ  ｍａｎｎｅｒ）にて屈曲させ、フランジの屈曲部上で、隣接した基板の部位を受けることも可能である。フランジはまた、溝状に屈曲又は形成されていてもよく、かかる溝に、隣接した基板のフランジが挿入される。
【００１５】
接合した基板の金属連続部は、溶接ジョイントで形成されることが好ましい。かかる溶接ジョイントは、拡散溶接、電子ビーム溶接又はレーザー溶接にて形成することができる。その他の適した溶接技術を用いることも可能である。このような溶接技術は、熟練した技術者には既知である。
【００１６】
溶接ジョイントは、基板の、ダイヤモンド層で被覆されていない面上に設けられることが好ましい。しかしながら、特に、少なくとも１つのフランジに沿って、基板の各面上に溶接ジョイントを設けることも可能である。もし、特に、ダイヤモンド層で被覆された基板の面上に溶接ジョイントが設けられるならば、かかるジョイントは、耐腐蝕層で被覆されていてよい。かかる耐腐蝕層は、金属の自己保護層であってもよく、有機材料、特にプラスチックで形成されていてもよい。さらなる実施態様によれば、かかる自己保護層はまた、無機材料、特にセラミックからなるものでもよい。
【００１７】
さらなる実施態様によれば、ジョイントはまた、はんだ付けジョイントであってもよい。さらに、かかるジョイントは、導電性ポリマーで形成されていてもよい。このようなポリマーは、カーボンファイバー等の導電性粒子を含む樹脂である。このような樹脂を硬化させることにより、基板は互いに、容易に接着する。
【００１８】
金属は自己保護金属である。「自己保護金属」とは、自身の表面上に、化学的又は電気化学的酸化によって隔離層が形成され、保護される金属のこという。かかる金属は、以下の金属：チタン、ニオブ、タンタル、アルミニウム、ジルコニウム、鋼及び、化学蒸着で用いられる雰囲気から鋼の鉄を分離し、ダイヤモンド層との共有結合を形成する層で被覆されている鋼から選択することができる。例えば、チタンホウ素チッ化物又はクロム炭化物からなる層が好適である。
【００１９】
基板の厚さは、０．１〜２０．０ｍｍの範囲であることが有利である。ダイヤモンド層の厚さは、２μｍ〜２００μｍの範囲であればよい。
【００２０】
本発明の有利な実施態様によれば、ダイヤモンド層は基板の対向面に設けられる。これにより、電極の効果が著しく発現される。基板は角形、好ましくは長方形であればよく、この場合、例えば大型平面電極の製造が容易である。しかしながら、基板はまた、曲面を有していてもよい。基板は、チューブ、スラブ、ロッド又はプレートであってもよい。さらに基板は、エキスパンデッドメタルであってもよい。それは、１つ又はそれ以上のアパーチャーを有していてもよい。特に、曲面を有する基板を接合することにより、大型チューブ等の形状を有する大型電極を製造することができる。
【００２１】
本発明の実施態様は、図面を参照しながら実施例によって説明することができるが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００２２】
図１〜７に示される電極は、電極素子１．１、１．２、１．３・・・１．ｎで形成されている。各電極素子は、好ましくはチタン又は他の好適な自己保護金属で製造された基板２．１、２．２、２．３・・・２．ｎからなる。各基板２．１、２．２、２．３・・・２．ｎは、その第１表面Ｓ１上が、ダイヤモンド層３．１、３．２、３．３・・・３．ｎで被覆されている。かかるダイヤモンド層は、化学蒸着法で製造される。厚さは、０．１μｍ〜２００μｍ、好ましくは２μｍ〜２０μｍの範囲である。ダイヤモンドは導電性を示し、これは、例えばホウ素のドーピングによって得られる。ダイヤモンド中に含まれるドーピングの量は、１０ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの範囲、好ましくは１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲である。
【００２３】
特に図１に示されるように、電極は、細長い板状金属から形成される固定構造体Ｆで、その端部に沿って備えられる。このような固定構造体Ｆは、後述するジョイント４と同様のさらなるジョイントによって、電極と接続していることが好ましい。固定構造体Ｆとの接続のためのさらなるジョイントはまた、導電性ジョイントであることが好ましい。電極は、固定構造体からのパワー供給部に接続されてもよい。
【００２４】
特に図２に示されるように、電極素子１．１、１．２、１．３・・・１．ｎの基板２．１、２．２、２．３・・・２．ｎは、前記第１表面Ｓ１と反対側の第２表面Ｓ２上に設けられたジョイント４によって互いに接続している。ジョイント４は基板２．１、２．２、２．３・・・２．ｎのフランジに沿って設けられており、溶接されている。隣接したダイヤモンド層３．１、３．２、３．３・・・３．ｎの間の小さな間隙５は、フランジに沿った腐蝕から電極素子１．１、１．２、１．３・・・１．ｎを保護する耐腐蝕材６で、充填及び／又は被覆されている。耐腐蝕材６は、シリコーン、プラスチック又はその他の適した材料からなる。
【００２５】
図３及び４は、第２電極を示している。特に図４に示されるように、ジョイント４は、隣接した基板２．１、２．２のフランジ上の、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２上に設けられている。特に、基板２．１、２．２の第１面Ｓ１上のジョイント４はまた、耐腐蝕材６（図示せず）で被覆されていてもよい。
【００２６】
図５は、第３電極の概略断面図である。ここで、電極素子１．１、１．２、１．３・・・１．ｎは、それぞれ、Ｓ状に屈曲したフランジ７．１、７．２、７．３・・・７．ｎを有する。かかるフランジに沿って、ダイヤモンド層３．１、３．２、３．３・・・３．ｎが基板２．１、２．２、２．３・・・２．ｎを被覆していない細片部が備えられている。フランジ７．１、７．２は、隣接した電極素子１．１、１．２、１．３・・・１．ｎの平面終端部が、フランジ７．１、７．２、７．３・・・７．ｎの第１表面Ｓ１上に位置するような形状である。隣接した電極素子１．１、１．２、１．３・・・１．ｎが屈曲部上に載置しているとき、基板２．１、２．２、２．３・・・２．ｎが実質同レベルで、電極が事実上平坦な表面となるように、フランジ７．１、７．２、７．３・・・７．ｎは屈曲している。ジョイント４は、この場合、スクリュー、ボールド（ｂｏｌｄ）等のような固定素子８によって備えられる固定連結部である。隣接した電極素子１．１、１．２、１．３・・・１．ｎの間の間隙５は、耐腐蝕層６で充填及び／又は被覆されている。
【００２７】
図６は、第４電極の上面図である。ここで、電極素子１．１、１．２、１．３・・・１．ｎは、複数のアパーチャー９を有するエキスパンデッドメタル基板から形成されている。かかるアパーチャー９は、特にこの実施態様では、路線形状を有している。しかしながら、アパーチャー９は、円形、三角形、長方形等のような形状とすることもできる。
【００２８】
図７は、第５電極を示す。ここで、電極素子１．１、１．２は、アパーチャー９を有するチューブで形成されている。図６のように、基板２．１、２．２、２．３・・・２．ｎは、溶接ジョイント４によって接続されている。
【００２９】
図８及び９は、概略的に図２に示された電極と同様の電極の走査電子顕微鏡写真である。図８は、溶接によって得られたジョイント４で接続されている２つの電極素子１．１、１．２の第２表面の上面写真である。かかるジョイントは、５ｋＷのパワーを有するＣＯ2レーザーでのレーザー溶接によって製造した。出力パワーは３ｋＷであり、溶接速度は３．５ｍ／分である。不活性ガスとしてヘリウムガスを用いた。特に図９に示されるように、溶接ジョイントは、約３ｍｍの深さを有し、まさに第１基板２．１及び第２基板２．２の第２表面Ｓ２で備えられる。
【００３０】
図面には示されていないが、第２表面Ｓ２もまた、さらにダイヤモンド層３．１、３．２、３．３・・・３．ｎで被覆されていてもよい。耐腐蝕層６は、各ジョイント４、８上に設けられてもよい。本発明の電極は、種々の形状が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明による電極は、特に廃水等の処理用のアノードとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１電極の上面図
【図２】第１電極のジョイントを介した概略断面図
【図３】第２電極の上面図
【図４】第２電極のジョイントを介した概略断面図
【図５】第３電極のジョイントを介した概略断面図
【図６】第４電極の上面図
【図７】第５電極の斜視図
【図８】溶接ジョイントで接続された電極素子の走査電子顕微鏡写真
【図９】図８に示す電極の断面図
【符号の説明】
【００３３】
１．１・・・１．ｎ    電極素子
２．１・・・２．ｎ    基板
３．１・・・３．ｎ    ダイヤモンド層
４                    ジョイント
５                    間隙
６                    耐腐蝕材
７．１・・・７．ｎ    フランジ
８                    固定素子
９                    アパーチャー
Ｓ１                  第１表面
Ｓ２                  第２表面
Ｆ                    固定構造体
【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】
2007538150.tif 000009
【図８】
2007538150.tif 000010
【図９】
2007538150.tif 000011
【国際調査報告】
2007538150.tif 000012
2007538150.tif 000013
2007538150.tif 000014