(57)【要約】【課題】エネルギー損失や耐久性に影響を及ぼす不要な放電の発生を抑制することができ、全体のサイズの小型化を図ることができ、組み立て体の構造を簡単化することができる電極及び電極構造体を提供する。【解決手段】第１中空部１２Ａを有する第１絶縁体１４Ａと、第１中空部１２Ａ内に配された第１導体１６Ａとを有する第１電極１８Ａと、第２中空部１２Ｂを有する第２絶縁体１４Ｂと、第２中空部１２Ｂ内に配された第２導体１６Ｂとを有する第２電極１８Ｂと、第１電極１８Ａと第２電極１８Ｂとをそれぞれ軸方向を揃えて、且つ、互いに離間して固定する第１固定部材２０Ａ及び第２固定部材２０Ｂとを有し、少なくとも第１電極１８Ａは、少なくとも第１導体１６Ａの一方の端面２６Ａａが、第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａよりも第１中空部１２Ａ内に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する筒状の絶縁体と、該絶縁体の前記中空部内に配された導体とを有し、
少なくとも前記導体の一方の端面は、前記絶縁体の一方の端面よりも前記中空部内に位置していることを特徴とする電極。
【請求項２】
請求項１記載の電極において、
前記中空部内のうち、前記導体の一方の端面と前記絶縁体の一方の端面との間に、誘電率が前記絶縁体の誘電率よりも低い物質が存在していることを特徴とする電極。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電極において、
前記物質が空気であることを特徴とする電極。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極において、
前記絶縁体と前記導体とが焼成によって直接一体化されて構成されていることを特徴とする電極。
【請求項５】
第１中空部を有する筒状の第１絶縁体と、該第１絶縁体の前記第１中空部内に配された第１導体とを有する第１電極と、
第２中空部を有する筒状の第２絶縁体と、該第２絶縁体の前記第２中空部内に配された第２導体とを有する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とをそれぞれ軸方向を揃えて、且つ、互いに離間して固定する固定部材とを有し、
少なくとも前記第１電極は、少なくとも前記第１導体の一方の端面が、前記第１絶縁体の一方の端面よりも前記第１中空部内に位置していることを特徴とする電極構造体。
【請求項６】
請求項５記載の電極構造体において、
前記第１中空部内のうち、前記第１導体の一方の端面と前記第１絶縁体の一方の端面との間に、誘電率が前記第１絶縁体の誘電率よりも低い物質が存在していることを特徴とする電極構造体。
【請求項７】
請求項５又は６記載の電極構造体において、
少なくとも前記固定部材は、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の各外周のうち、前記第１絶縁体の一方の端面に対応する位置と前記第１導体の一方の端面に対応する位置との間に設置されていることを特徴とする電極構造体。
【請求項８】
請求項５記載の電極構造体において、
さらに、前記第２電極の少なくとも前記第２導体の他方の端面は、前記第２絶縁体の他方の端面よりも前記第２中空部内に位置していることを特徴とする電極構造体。
【請求項９】
請求項８記載の電極構造体において、
前記第１中空部内のうち、前記第１導体の一方の端面と前記第１絶縁体の一方の端面との間、並びに、前記第２中空部内のうち、前記第２導体の他方の端面と前記第２絶縁体の他方の端面との間に、それぞれ誘電率が前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の誘電率よりも低い物質が存在していることを特徴とする電極構造体。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の電極構造体において、
前記固定部材は、第１固定部材及び第２固定部材を有し、
前記第１固定部材は、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の各外周のうち、前記第１絶縁体の一方の端面に対応する位置と前記第１導体の一方の端面に対応する位置との間に設置され、
前記第２固定部材は、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の各外周のうち、前記第２絶縁体の他方の端面に対応する位置と前記第２導体の他方の端面に対応する位置との間に設置されていることを特徴とする電極構造体。
【請求項１１】
請求項６又は９記載の電極構造体において、
前記物質が空気であることを特徴とする電極構造体。
【請求項１２】
請求項５〜１１のいずれか１項に記載の電極構造体において、
前記第１絶縁体と前記第１導体とが焼成によって直接一体化されて構成され、
前記第２絶縁体と前記第２導体とが焼成によって直接一体化されて構成されていることを特徴とする電極構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁体と導体材料とを有する電極構造体に関し、例えば誘電体バリア放電の電極や、オゾン発生装置等に用いて好適な電極及び電極構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁体と導体材料とを有する構造体として、例えば特許文献１及び２に記載された低温プラズマ発生体が知られている。
【０００３】
特許文献１記載の低温プラズマ発生体は、棒状導電体を棒状セラミックス誘電体に設けた長尺方向の貫通孔に挿入し、ガラス又は無機系若しくは有機系接着剤で導電体及び誘電体両端を一体に接合、封止した電極を構成する。特に、複数の該電極をセラミックス誘電体において線接触の状態で接合するに際し、棒状導電体又は棒状セラミックス誘電体の表面に、金属元素若しくは希土類元素又はこれらを含んだ無機塩若しくは有機金属化合物を含有する表面処理材を塗布後、熱処理して接合するようにしている。
【０００４】
特許文献２記載の低温プラズマ発生体は、絶縁体の内部に設けた空間の少なくとも内面に密着させて導電ペーストを空間に封入し、導電ペーストの連続する部分を放電極としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１８５９５５号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１０８３３１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の電極は、導体材料と絶縁体を個別に作製して、これらを樹脂等の封止材で接着するようにしているが、絶縁体と封止材との界面が温度変化等で劣化すると、絶縁強度が大幅に低下する。
【０００７】
特許文献２記載の電極は、パイプ状絶縁体内に形成された導電薄膜によるパイプ状放電極に絶縁物質を充填して中実としている。導電薄膜に密着する絶縁物質として、絶縁性及び耐熱性を備えたシリコーン（例えばシリコーン・ポッティング材）を用いているため、生成されるオゾンによって劣化するという問題がある。
【０００８】
特許文献１及び２においては、封止材のある部分とない部分の境目で電界強度が高くなり、沿面での不要な放電が起こり易い。これは、エネルギー損失が多くなり、耐久性にも影響を及ぼすこととなる。
【０００９】
また、パイプ状絶縁体等の誘電体間に放電ギャップを生成する際に、誘電体を固定するための固定部材を設置する場合がある。このような場合に、沿面距離を確保する必要から固定部材のサイズを大きくする必要があり、構成が複雑になり易く、劣化する沿面が多くなるという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、少なくとも下記作用・効果を奏する電極及び電極構造体を提供することを目的とする。
【００１１】
（ａ）  エネルギー損失や耐久性に影響を及ぼす不要な放電の発生を抑制することができる。
（ｂ）  固定部材を設置する場合において、固定部材での沿面距離を短くすることができ、全体のサイズの小型化を図ることができる。
（ｃ）  固定部材による固定部分での電界を低くすることができ、固定部材の構造を簡単化することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
［１］  第１の本発明に係る電極は、中空部を有する筒状の絶縁体と、該絶縁体の前記中空部内に配された導体とを有し、少なくとも前記導体の一方の端面は、前記絶縁体の一方の端面よりも前記中空部内に位置していることを特徴とする。
【００１３】
［２］  第１の本発明において、前記中空部内のうち、前記導体の一方の端面と前記絶縁体の一方の端面との間に、誘電率が前記絶縁体の誘電率よりも低い物質が存在していてもよい。
【００１４】
［３］  第１の本発明において、前記物質が空気であってもよい。
【００１５】
［４］  第１の本発明において、前記絶縁体と前記導体とが焼成によって直接一体化されて構成されていてもよい。
【００１６】
［５］  第２の本発明に係る電極構造体は、第１中空部を有する筒状の第１絶縁体と、該第１絶縁体の前記第１中空部内に配された第１導体とを有する第１電極と、第２中空部を有する筒状の第２絶縁体と、該第２絶縁体の前記第２中空部内に配された第２導体とを有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とをそれぞれ軸方向を揃えて、且つ、互いに離間して固定する固定部材とを有し、少なくとも前記第１電極は、少なくとも前記第１導体の一方の端面が、前記第１絶縁体の一方の端面よりも前記第１中空部内に位置していることを特徴とする。
【００１７】
［６］  第２の本発明において、前記第１中空部内のうち、前記第１導体の一方の端面と前記第１絶縁体の一方の端面との間に、誘電率が前記第１絶縁体の誘電率よりも低い物質が存在していてもよい。
【００１８】
［７］  第２の本発明において、少なくとも前記固定部材は、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の各外周のうち、前記第１絶縁体の一方の端面に対応する位置と前記第１導体の一方の端面に対応する位置との間に設置されていてもよい。
【００１９】
［８］  ［５］において、さらに、前記第２電極の少なくとも前記第２導体の他方の端面は、前記第２絶縁体の他方の端面よりも前記第２中空部内に位置していてもよい。ここで、第２導体の他方の端面は、第２導体の両端面のうち、第１導体の一方の端面と同じ方向を向く第２導体の一方の端面と対向する端面をいう。同様に、第２絶縁体の他方の端面は、第２絶縁体の両端面のうち、第１絶縁体の一方の端面と同じ方向を向く第２絶縁体の一方の端面と対向する端面をいう。
【００２０】
［９］  この場合、前記第１中空部内のうち、前記第１導体の一方の端面と前記第１絶縁体の一方の端面との間、並びに、前記第２中空部内のうち、前記第２導体の他方の端面と前記第２絶縁体の他方の端面との間に、それぞれ誘電率が前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の誘電率よりも低い物質が存在していてもよい。
【００２１】
［１０］  ［８］又は［９］において、前記固定部材は、第１固定部材及び第２固定部材を有し、前記第１固定部材は、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の各外周のうち、前記第１絶縁体の一方の端面に対応する位置と前記第１導体の一方の端面に対応する位置との間に設置され、前記第２固定部材は、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体の各外周のうち、前記第２絶縁体の他方の端面に対応する位置と前記第２導体の他方の端面に対応する位置との間に設置されていてもよい。
【００２２】
［１１］  ［６］又は［９］において、前記物質が空気であってもよい。
【００２３】
［１２］  第２の本発明において、前記第１絶縁体と前記第１導体とが焼成によって直接一体化されて構成され、前記第２絶縁体と前記第２導体とが焼成によって直接一体化されて構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る電極及び電極構造体によれば、以下の効果を奏する。
【００２５】
（ａ）  エネルギー損失や耐久性に影響を及ぼす不要な放電の発生を抑制することができる。
（ｂ）  固定部材を設置する場合において、固定部材での沿面距離を短くすることができ、全体のサイズの小型化を図ることができる。
（ｃ）  固定部材による固定部分での電界を低くすることができ、固定部材の構造を簡単化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に係る電極構造体を示す断面図である。
【図２】図２Ａは比較例に係る電極構造体による問題点を示す説明図であり、図２Ｂは本実施の形態に係る電極構造体の利点を示す説明図である。
【図３】図３Ａは実施例１の要部の等電位線を示す図であり、図３Ｂは参考例１の要部の等電位線を示す図である。
【図４】図４Ａは実施例１の要部の等電位線を示す拡大図であり、図４Ｂは参考例１の要部の等電位線を示す拡大図である。
【図５】図５Ａは実施例２の要部の等電位線を示す図であり、図５Ｂは参考例２の要部の等電位線を示す図である。
【図６】図６Ａは実施例３の要部の等電位線を示す図であり、図６Ｂは参考例３の要部の等電位線を示す図である。
【図７】図７Ａは実施例３の要部の等電位線を示す拡大図であり、図７Ｂは参考例３の要部の等電位線を示す拡大図である。
【図８】図８Ａは第１変形例に係る電極構造体を示す断面図であり、図８Ｂは第２変形例に係る電極構造体を示す断面図である。
【図９】第１電極の第１製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０Ａは成形体作製工程で作製された成形体を示す断面図であり、図１０Ｂは仮焼成体作製工程で作製された仮焼成体を示す断面図であり、図１０Ｃは導体挿入工程で仮焼成体の中空部に第１導体棒を挿入している状態を示す断面図であり、図１０Ｄは焼成一体化工程で作製された第１電極を示す断面図である。
【図１１】第１電極の第２製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】図１２Ａは成形体作製工程で作製された成形体を示す断面図であり、図１２Ｂは導体挿入工程で成形体の中空部に第１導体棒を挿入している状態を示す断面図であり、図１２Ｃは焼成一体化工程で作製された第１電極を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る電極及び電極構造体の実施の形態例を図１〜図１２Ｃを参照しながら説明する。なお、本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。
【００２８】
本実施の形態に係る電極構造体１０は、図１に示すように、第１中空部１２Ａを有する筒状の第１絶縁体１４Ａと、該第１絶縁体１４Ａの第１中空部１２Ａ内に配された第１導体１６Ａとを有する第１電極１８Ａと、第２中空部１２Ｂを有する筒状の第２絶縁体１４Ｂと、該第２絶縁体１４Ｂの第２中空部１２Ｂ内に配された第２導体１６Ｂとを有する第２電極１８Ｂと、第１電極１８Ａと第２電極１８Ｂとをそれぞれ軸方向を揃えて、且つ、互いに離間して固定する第１固定部材２０Ａ及び第２固定部材２０Ｂとを有する。第１絶縁体１４Ａと第１導体１６Ａは焼成によって直接一体化されて構成されている。同様に、第２絶縁体１４Ｂと第２導体１６Ｂも焼成によって直接一体化されて構成されている。なお、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂは、電荷を誘導する誘電体と称してもよい。
【００２９】
図１上では、円筒上の第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの第１中空部１２Ａ及び第２中空部１２Ｂがそれぞれ貫通孔で構成され、これら貫通孔にそれぞれ第１導体１６Ａ及び第２導体１６Ｂで構成された棒（第１導体棒２４Ａ及び第２導体棒２４Ｂと記す）が挿入して構成された例を示している。第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの各貫通孔の横断面形状がそれぞれ円形とされ、同じく第１導体棒２４Ａ及び第２導体棒２４Ｂの横断面形状もそれぞれ円形とされている。
【００３０】
第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの各外径は０．４〜５ｍｍ、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの軸方向の長さは５〜１００ｍｍ、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの厚みは０．１〜１．５ｍｍである。第１導体棒２４Ａ及び第２導体棒２４Ｂの外径は０．２〜４．６ｍｍ、第１導体棒２４Ａ及び第２導体棒２４Ｂの軸方向の長さは７〜３００ｍｍである。
【００３１】
そして、この電極構造体１０は、第１電極１８Ａの第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａが、第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａよりも第１中空部１２Ａ内に位置している。第１導体棒２４Ａの他方の端面２６Ａｂは第１絶縁体１４Ａの他方の端面２８Ａｂからはみ出た構成となっている。同様に、第２電極１８Ｂの第２導体棒２４Ｂの他方の端面２６Ｂｂは、第２絶縁体１４Ｂの他方の端面２８Ｂｂよりも第２中空部１２Ｂ内に位置している。第２導体棒２４Ｂの一方の端面２６Ｂａは第２絶縁体１４Ｂの一方の端面２８Ｂａからはみ出た構成となっている。第１導体棒２４Ａの他方の端部２４Ａｂ及び第２導体棒２４Ｂの一方の端部２４Ｂａは、図示しない電源に電気的に接続される取り出し電極として機能する。第１導体棒２４Ａと第２導体棒２４Ｂとが対向する部分が放電発生部位３０である。
【００３２】
また、第１絶縁体１４Ａの第１中空部１２Ａ内のうち、第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａと第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａとの間、並びに、第２絶縁体１４Ｂの第２中空部１２Ｂ内のうち、第２導体棒２４Ｂの他方の端面２６Ｂｂと第２絶縁体１４Ｂの他方の端面２８Ｂｂとの間に、それぞれ誘電率が第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの誘電率よりも低い空気３２が存在している。
【００３３】
第１固定部材２０Ａは、第１電極１８Ａの一方の端部１８Ａａが挿通する第１貫通孔３４Ａと、第２電極１８Ｂの一方の端部１８Ｂａが挿通する第２貫通孔３４Ｂとを有する。この第１固定部材２０Ａは、第１貫通孔３４Ａに第１電極１８Ａの一方の端部１８Ａａが挿通され、第２貫通孔３４Ｂに第２電極１８Ｂの一方の端部１８Ｂａが挿通されることで、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの各外周のうち、第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａに対応する位置と第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａに対応する位置との間に設置される。
【００３４】
第２固定部材２０Ｂは、第１電極１８Ａの他方の端部１８Ａｂが挿通する第３貫通孔３４Ｃと、第２電極１８Ｂの他方の端部１８Ｂｂが挿通する第４貫通孔３４Ｄとを有する。この第２固定部材２０Ｂは、第３貫通孔３４Ｃに第１電極１８Ａの他方の端部１８Ａｂが挿通され、第４貫通孔３４Ｄに第２電極１８Ｂの他方の端部１８Ｂｂが挿通されることで、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの各外周のうち、第２絶縁体１４Ｂの他方の端面２８Ｂｂに対応する位置と第２導体棒２４Ｂの他方の端面２６Ｂｂに対応する位置との間に設置される。
【００３５】
これによって、第１電極１８Ａと第２電極１８Ｂは、それぞれ軸方向が揃えられて、且つ、所定の放電ギャップ３６（例えば０．３〜１．０ｍｍ）を置いて固定される。
【００３６】
第１導体１６Ａ（第１導体棒２４Ａ）及び第２導体１６Ｂ（第２導体棒２４Ｂ）の材料は、モリブデン、タングステン、銀、銅、ニッケル及びこれらの中から少なくとも１つを含む合金からなる群より選ばれた１つであることが好ましい。合金としては、インバー、コバール、インコネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）を例示することができる。
【００３７】
また、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの材料は、第１導体１６Ａ及び第２導体１６Ｂの融点未満の温度において焼成することができるセラミックス材料が好ましい。例えば酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ネオジム、窒化チタン、窒化アルミ、窒化珪素、アルミナ、シリカ及びムライトからなる群から選ばれた１つ以上の材料を含む単独酸化物や単独窒化物、あるいは複合酸化物や複合窒化物が挙げられる。この中でも複合酸化物や複合窒化物が好ましい。
【００３８】
ここで、電極構造体１０の作用、効果について、比較例及び参考例の構造と対比しながら説明する。
【００３９】
比較例に係る電極構造体１００は、図２Ａに示すように、第１電極１８Ａにおける第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａと第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａとが一致し、第２電極１８Ｂにおける第２導体棒２４Ｂの他方の端面２６Ｂｂと第２絶縁体１４Ｂの他方の端面２８Ｂｂとが一致している。
【００４０】
そして、第１電極１８Ａと第２電極１８Ｂ間に放電ギャップ３６を確保するために、第１電極１８Ａと第２電極１８Ｂ間に例えば樹脂製の板部材１０２を挟むようにしている。この場合、第１電極１８Ａと第２電極１８Ｂ間の沿面経路は、第１電極１８Ａの端部から板部材１０２の一方の板面を経由して第２電極１８Ｂの張り出した第２導体棒２４Ｂまでの第１経路１０４Ａの他、第１電極１８Ａの端部から板部材１０２の一方の板面及び他方の板面を経由して第２電極１８Ｂの張り出した第２導体１６Ｂまでの第２経路１０４Ｂ等が想定される。従って、沿面距離を規定の距離だけ確保するには、大きなサイズの板部材１０２を用意する必要があり、電極構造体１００のサイズが大型化するという問題がある。
【００４１】
また、比較例に係る電極構造体１００では、第１電極１８Ａ及び第２電極１８Ｂと板部材１０２とを固定するために、例えば樹脂製の封止材を用いる必要がある。この場合、封止材の誘電率が高いため、封止部分での電界が高くなり、封止材の隙間やボイドの部分で不要な放電が発生する。これは、エネルギー損失が多くなり、耐久性にも影響を及ぼすこととなる。従って、封止材を使用する場合は、隙間やボイドをなくすために、真空脱泡等を行う必要があり、工程が複雑化する。
【００４２】
さらに、比較例に係る電極構造体１００では、沿面部分に絶縁体、封止材及び板部材が存在することになるため、熱膨張差による応力が発生して、封止材が劣化しやすくなるという問題が生じる。
【００４３】
一方、本実施の形態に係る電極構造体１０は、図２Ｂに示すように、第１電極１８Ａと第２電極１８Ｂ間の沿面経路１０４は、第１電極１８Ａの第１導体棒２４Ａの端部から第１中空部１２Ａ及び第１固定部材２０Ａを介して第２電極１８Ｂの張り出した第２導体棒２４Ｂまでの経路となる。この場合、組み立て体とした場合の沿面距離は実質的に第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａから第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａまでの距離を差し引いた距離になる。しかも、第１電極１８Ａの第１中空部１２Ａのうち、第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａと第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａ間に誘電率の低い空気３２が存在しているため、第１固定部材２０Ａによる第１電極１８Ａの固定部分での電界が低くなり、第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａから第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａまでの沿面距離も短くすることができる。その結果、第１固定部材２０Ａ及び第２固定部材２０Ｂのサイズを大きくする必要がなくなり、電極構造体１０のサイズの小型化を図ることができる。
【００４４】
また、電極構造体１０では、沿面部分は空気３２と絶縁体の境目であり、比較例と違い固体同士ではないため、熱膨張差による応力は発生し難くなり、各種部材の劣化を引き起こし難くなる。
【００４５】
次に、実施例１〜３、参考例１〜３に係る電極構造体について、第１電極１８Ａと第２電極１８Ｂ間に所定の放電ギャップ３６を置くための支持部材１０６を設置した場合の電界分布を確認した。図３Ａ及び図４Ａは実施例１の要部の等電位線図を示し、図３Ｂ及び図４Ｂは参考例１の要部の等電位線図を示す。図５Ａは実施例２の要部の等電位線図を示し、図５Ｂは参考例２の要部の等電位線図を示す。図６Ａ及び図７Ａは実施例３の要部の等電位線図を示し、図６Ｂ及び図７Ｂは参考例３の要部の等電位線図を示す。
【００４６】
実施例１に係る電極構造体は、図３Ａに示すように、電極構造体１０と同様の構成を有し、支持部材１０６が、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの各外周のうち、第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａに対応する位置と第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａに対応する位置との間に設置されている。なお、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの各他方の端面側の構造については省略する。以下同様である。
【００４７】
実施例２に係る電極構造体は、図５Ａに示すように、支持部材１０６の軸方向の長さが実施例１の支持部材１０６よりも長く、支持部材１０６の他方の端面が第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａよりも他方の端面側に位置している。
【００４８】
実施例３に係る電極構造体は、図６Ａに示すように、支持部材１０６の軸方向の長さが実施例１の支持部材１０６よりも短い。
【００４９】
参考例１に係る電極構造体は、図３Ｂに示すように、第１電極１８Ａの第１中空部１２Ａのうち、第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａと第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａ間に第１絶縁体１４Ａと同じ誘電率の絶縁材１０８が充填されて、中実構造となっている。
【００５０】
参考例２に係る電極構造体は、図５Ｂに示すように、参考例１と同様に中実構造であって、支持部材１０６として実施例２と同様の支持部材１０６を使用している。
【００５１】
参考例３に係る電極構造体は、図６Ｂに示すように、参考例１と同様に中実構造であって、支持部材１０６として実施例３と同様の支持部材１０６を使用している。
【００５２】
実施例１と参考例１とを比較すると、図３Ａ〜図４Ｂに示すように、実施例１は、支持部材１０６と第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂとの境界部分の電界強度が参考例１よりも低下している。
【００５３】
実施例２と参考例２とを比較すると、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、実施例２は、支持部材１０６と第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂとの境界部分の電界強度が参考例２よりも低下している。
【００５４】
実施例３と参考例３とを比較すると、図６Ａ〜図７Ｂに示すように、実施例３は、支持部材１０６と第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂとの境界部分の電界強度が参考例３よりも低下している。
【００５５】
また、実施例１〜３を比較すると、支持部材１０６と第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂとの境界部分の電界強度について、実施例３が最も低く、その次に実施例１が低く、その次に実施例２が低かった。
【００５６】
このことから、第１絶縁体１４Ａ及び第２絶縁体１４Ｂの各外周のうち、第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａに対応する位置と第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａに対応する位置との間に、固定部材や支持部材を設置することが好ましいことがわかる。
【００５７】
このように、本実施の形態に係る電極構造体１０は、以下の効果を奏する。
（１）  樹脂等の封止材を使用する必要がなくなる。
（２）  封止の工程を省略することができ、組み立て時間を短縮することができる。
（３）  封止材を硬化するための時間が不要となる。
（４）  第１導体１６Ａと第２導体１６Ｂ間の絶縁体の表面（沿面）での劣化を抑制することができるため、信頼性を向上させることができる。
（５）  上述したように、熱膨張差を考慮する必要がないため、設計の自由度が上がり、しかも、電極構造体１０の使用可能な温度範囲を広げることができる。
（６）  放電ギャップ３６を形成するための沿面距離を短くすることができるため、サイズの小型化を図ることができる。
（７）  固定部材や支持部材による固定部分の電界強度を低くすることができるため、固定部材や支持部材の構造が簡単になり、電極構造体１０全体の構造も簡単になる。
（８）  家庭用のほか、車載用としても好適となる。
【００５８】
次に、本実施の形態に係る電極構造体１０の各種変形例について図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら説明する。
【００５９】
第１変形例に係る電極構造体１０Ａは、図８Ａに示すように、本実施の形態に係る電極構造体１０とほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。
【００６０】
すなわち、第１電極１８Ａの第１中空部１２Ａのうち、第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａと第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａ間に、誘電率が第１絶縁体１４Ａよりも低い絶縁材１１０が充填されている。同様に、第２電極１８Ｂの第２中空部１２Ｂのうち、第２導体棒２４Ｂの他方の端面２６Ｂｂと第２絶縁体１４Ｂの他方の端面２８Ｂｂ間に、誘電率が第２絶縁体１４Ｂよりも低い絶縁材１１０が充填されている。
【００６１】
第２変形例に係る電極構造体１０Ｂは、図８Ｂに示すように、本実施の形態に係る電極構造体１０とほぼ同様の構成を有するが、直流タイプの構造を有する点で異なる。すなわち、第２電極１８Ｂにおける第２導体棒２４Ｂの他方の端面２６Ｂｂと第２絶縁体１４Ｂの他方の端面２８Ｂｂとが一致している。
【００６２】
ここで、代表的に電極構造体１０を構成する第１電極１８Ａの２つの製造方法（第１製造方法及び第２製造方法）について、図９〜図１２Ｃを参照しながら説明する。
【００６３】
［第１製造方法］
第１製造方法は、図９〜図１０Ｄに示すように、中空部１２０を有し、後に第１絶縁体１４Ａとなる成形体１２２（図１０Ａ参照）を作製する成形体作製工程Ｓ１と、成形体１２２を脱脂・仮焼成して中空部１２４を有する仮焼成体１２６（図１０Ｂ参照）を作製する仮焼成体作製工程Ｓ２と、仮焼成体１２６の中空部１２４に、第１導体棒２４Ａを挿入する導体挿入工程Ｓ３と、第１導体棒２４Ａが挿入された仮焼成体１２６を第１導体棒２４Ａと共に焼成して第１電極１８Ａ（図１０Ｄ参照）を作製する焼成一体化工程Ｓ４とを有する。
【００６４】
成形体作製工程Ｓ１は、原料スラリーを成形、固化して、成形体１２２を作製する。原料スラリーには、原料粉体及び分散媒、並びに有機バインダーが含まれる。また、必要に応じて分散助剤、触媒が含まれる。具体的には、原料粉体として、バリウム、ビスマス、チタン、亜鉛、アルミニウム、珪素、マグネシウム、ネオジムのうち、１種以上の元素を含むセラミックスの粉体を使用することができる。分散媒としては、脂肪族多価エステルと多塩基酸エステルの混合物、及び、エチレングリコールが挙げられる。有機バインダーとしては、ゲル化剤等を使用することができるが、図１０Ａに示すように、成形体１２２の形状が中空部１２０（貫通孔）を有する例えば押し出し形状であれば、有機バインダーとして、ゲル化剤以外の材料（すなわち、化学反応では硬化せず、乾燥によってのみ硬化する材料）等を使用することができる。もちろん、成形体１２２の形状を押し出し形状以外の形状とする場合は、ゲル化剤を使用することが好ましい。この場合、ゲル化剤としては、硬化反応（ウレタン反応等に代表される化学反応）によって硬化する材料、例えば、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートの変性物とポリオールの組合せが挙げられる。分散媒としては二塩基酸エステルの混合物が挙げられる。分散助剤としては、ポリカルボン酸系共重合体が挙げられる。触媒としては、第３級アミンが挙げられ、具体的には６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノール等が挙げられる。
【００６５】
原料スラリーの成形は、例えば、成形体１２２の中空部１２０が貫通孔である押し出し形状であれば、押し出し成形を好ましく採用することができる。成形体１２２の中空部１２０の内径Ｄａは、第１導体棒２４Ａの外径Ｄｃ（図１０Ｃ参照）よりもわずかに大に設定される。これは、後に第１導体棒２４Ａを挿入し易くするためである。
【００６６】
押し出し成形を用いた場合は、押し出し成形機から押し出された長尺の成形体１２２を所定の長さに切断しながら、連続して、脱脂・仮焼成する、あるいは、押し出し成形機から押し出された長尺の成形体１２２を脱脂・仮焼成しながら所定の長さに切断することができるため、連続工程が可能になり、生産性の向上につながる。
【００６７】
もちろん、有機バインダーにゲル化剤を含めた場合は、筒状の第１絶縁体１４Ａに対応する成形空間を有する成形型を用いて成形してもよい。この場合、成形型の成形空間内に原料スラリーを充填する。これにより、原料スラリーは、筒状の第１絶縁体１４Ａの形状に対応する形状に成形される。成形された原料スラリーは、ゲル化剤による硬化反応によって固化される。その後、成形型が取り外され（離型され）、その後、脱脂・仮焼成が行われる。なお、原料粉体、分散媒、及びゲル化剤を含む原料スラリーを成形し、成形された原料スラリーをゲル化剤による硬化反応により固化して成形体１２２を得る方法は、「ゲルキャスト法」とも呼ばれる。
【００６８】
仮焼成体作製工程Ｓ２は、先ず、成形体１２２に対して脱脂を行った後、仮焼成を行う。脱脂とは、成形体１２２からバインダー等の有機成分を焼失させる処理である。仮焼成とは、バインダーの焼失によって成形体が一旦脆くなった状態から、成形体１２２での焼結を若干進行させて、取り扱いが可能な強度を有する状態、すなわち、仮焼成体１２６にする処理である。但し、仮焼成体１２６は、十分な焼結には至っておらず、顕著な焼成収縮は発生していない。具体的には、成形体１２２を大気雰囲気で例えば温度４００〜８００℃で１〜８時間で仮焼成する。その後の工程でのハンドリングのために、若干焼成が進んで、強度がある状態（仮焼成体１２６）になるまで温度を上げる。この段階では、仮焼成体１２６は、上述したように、焼結による収縮は進んでおらず、仮焼成体１２６の中空部１２４の内径Ｄｂは、成形体１２２の中空部１２０の内径Ｄａとほとんど変わらず、第１導体棒２４Ａが挿入し易い寸法となっている。
【００６９】
導体挿入工程Ｓ３では、図１０Ｃに示すように、上記のようにして得られた仮焼成体１２６の中空部１２４に、固体の第１導体棒２４Ａそのものが挿入される。図１０Ｃでは、中空部１２４の中央に第１導体棒２４Ａを挿入している状態を示しているが、もちろん、第１導体棒２４Ａの挿入時、あるいは、挿入後に中空部１２４の内壁面に第１導体棒２４Ａの一部が接触してもよい。第１導体棒２４Ａの挿入にあたっては、第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａが仮焼成体１２６の一方の端面１２６ａに位置するまで挿入せず、中空部１２４内で留まる位置で挿入を終えるようにする。
【００７０】
仮焼成体１２６は剛性を有するため、仮焼成体１２６の中空部１２４に第１導体棒２４Ａを挿入し易く、ハンドリングも容易になる。つまり、ロボット等を用いて、あるいは、仮焼成体１２６の搬送時に第１導体棒２４Ａの自動挿入を行うことが可能となる。第１導体棒２４Ａとしては、例えばモリブデン、あるいはモリブデン系の合金を含む金属又はサーメットからなる円柱状の固体が使用され得る。なお、その後の焼成時において、仮焼成体１２６では焼成収縮が発生する一方で、第１導体棒２４Ａでは焼成収縮が発生しないことを考慮して、第１導体棒２４Ａの外径Ｄｃは、仮焼成体１２６の中空部１２４（貫通孔）の内径Ｄｂ（図１０Ｃ参照）に対して、仮焼成体１２６の焼成収縮分だけ小さい値に設定される。第１導体棒２４Ａの外径Ｄｃは、成形体１２２を単独で焼成したときの内径よりもやや大きめ、具体的には０μｍより大きく１０μｍ以下だけ大きく設定することで、互いの密着がよくなり、一体化することができる。
【００７１】
焼成一体化工程Ｓ４では、第１導体棒２４Ａが挿入された仮焼成体１２６が第１導体棒２４Ａと共に焼成される。この焼成は、例えば酸素のない雰囲気（窒素雰囲気やアルゴン雰囲気等）で行われる。酸素のない雰囲気とは、完全に酸素がない状態に限定するものではなく、例えば下記（ａ）又は（ｂ）に示す雰囲気を指す。
【００７２】
（ａ）  焼成炉内を排気しながら、窒素やアルゴンを導入することで、空気と窒素やアルゴンを置換した雰囲気。
（ｂ）  焼成炉内を一度真空にした後、窒素やアルゴンを導入した雰囲気。
【００７３】
また、焼成一体化工程での焼成温度は、９００〜１６００℃、好ましくは９００〜１０５０℃である。好ましい温度範囲を採用することで、導体材料の選択の幅を広げることができる。絶縁体の構成材料として例えばアルミナを想定した場合は、上限１６００℃である。焼成時間は、１〜１０時間である。
【００７４】
焼成処理を、微量酸素雰囲気を維持して行うことも考えられるが、上述のように、酸素のない雰囲気で焼成を行うことで、微量酸素雰囲気を制御する必要がなく、しかも、第１導体棒２４Ａの酸化抑制と第１絶縁体１４Ａの焼結とを容易に両立させることができる。
【００７５】
この焼成によって、仮焼成体１２６が焼成収縮する。この結果、第１導体棒２４Ａの所謂「焼きばめ」が行われ、焼成体である第１絶縁体１４Ａと第１導体棒２４Ａとが強固に接合され、一体化される。すなわち、第１絶縁体１４Ａの第１中空部１２Ａに第１導体棒２４Ａが埋設され、且つ、第１導体棒２４Ａの一方の端面２６Ａａが、第１絶縁体１４Ａの一方の端面２８Ａａよりも第１中空部１２Ａ内に位置した第１電極１８Ａが得られる。第２電極１８Ｂも同様にして作製される。
【００７６】
なお、第１絶縁体１４Ａと第１導体棒２４Ａとの境界部分には、第１導体棒２４Ａの主成分（例えばモリブデン）を含む中間層が形成される場合もある。この中間層は、焼成時に、第１導体棒２４Ａの主成分が第１絶縁体１４Ａに拡散することによって形成される。また、第１導体棒２４Ａを被覆する第１絶縁体１４Ａは、内部に５０μｍ以上の気孔を有しない。パーセンテージで表されるくらいに気孔率が大きいとセラミックスにかかる電圧でたちまち絶縁破壊するおそれがある。全体で１個でも５０μｍの閉気孔があるだけで、該閉気孔の部分から絶縁破壊し、アークプラズマとなりセラミックスが溶解するおそれがある。理想的には閉気孔は存在せず、材料中に分散する閉気孔の径が全て１０μｍ未満であることが望ましい。
【００７７】
［第２製造方法］
第２製造方法は、図１１〜図１２Ｃに示すように、中空部１２０を有し、後に第１絶縁体１４Ａとなる成形体１２２（図１２Ａ参照）を作製する成形体作製工程Ｓ１１と、成形体１２２の中空部１２０に、第１導体棒２４Ａを挿入する導体挿入工程Ｓ１２と、第１導体棒２４Ａが挿入された成形体１２２を第１導体棒２４Ａと共に焼成して第１電極１８Ａを作製する焼成一体化工程Ｓ１３とを有する。
【００７８】
成形体作製工程Ｓ１１は、上述した第１製造方法の成形体作製工程Ｓ１と同様に、原料スラリーを成形、固化して、図１２Ａに示すように、成形体１２２を作製する。
【００７９】
導体挿入工程Ｓ１２では、図１２Ｂに示すように、上記のようにして得られた成形体１２２の中空部１２０に、固体の第１導体棒２４Ａそのものが挿入される。図１２Ｂでは、中空部１２０の中央に第１導体棒２４Ａを挿入している状態を示しているが、もちろん、第１導体棒２４Ａの挿入時、あるいは、挿入後に中空部１２０の内壁面に第１導体棒２４Ａの一部が接触してもよい。なお、その後の焼成時において、成形体１２２では焼成収縮が発生する一方で、第１導体棒２４Ａでは焼成収縮が発生しないことを考慮して、第１導体棒２４Ａの外径Ｄｃは、成形体１２２の中空部１２０（貫通孔）の内径Ｄａに対して、成形体１２２の焼成収縮分だけ小さい値に設定される。第１導体棒２４Ａの外径Ｄｃは、成形体１２２を単独で焼成したときの内径よりもやや大きめ、具体的には０μｍより大きく１０μｍ以下だけ大きく設定することで、互いの密着がよくなり、一体化することができる。
【００８０】
焼成一体化工程Ｓ１３では、第１導体棒２４Ａが挿入された成形体１２２が第１導体棒２４Ａと共に焼成される。この焼成は、例えば、加湿した窒素ガスあるいはアルゴンガス等の不活性ガスからなる弱酸化性の雰囲気中（酸素分圧が小さい雰囲気中）で９００〜１６００℃、好ましくは９００〜１０５０℃の温度で１〜２０時間に亘って行われる。加湿は、１０〜８０℃の水中に不活性ガスをバブリングすることによって行われる。ここで、弱酸化性の雰囲気中で焼成が行われるのは、下記の理由に基づく。
【００８１】
（１）  ゲル化剤を焼失させるためには、ある程度の酸化性雰囲気が必要であること。
（２）  第１導体棒２４Ａの過度の酸化を極力抑制するためには、酸化性雰囲気の酸素分圧を小さくする必要があること。
【００８２】
この焼成によって、成形体１２２が焼成収縮する。この結果、第１導体棒２４Ａの所謂「焼きばめ」が行われ、焼成体である第１絶縁体１４Ａと第１導体棒２４Ａとが強固に接合され、一体化される。
【００８３】
上述した第１製造方法及び第２製造方法においては、成形体作製工程Ｓ１及びＳ１１において、ゲルキャスト法を用いることで、サブミクロンの原料粉体を用いることができ、且つ、その分布が極めて均一な成形体１２２を得ることができる。これによって、焼成収縮率を高精度に制御でき、且つ、緻密で欠陥のない焼結体（第１絶縁体１４Ａ）を得ることができる。この緻密性は電極特性としての耐電圧を発現することに効果を奏する。
【００８４】
第１電極１８Ａを作製する方法としては、上述した方法のほか、第１導体棒２４Ａと第１絶縁体１４Ａを個別に作製し、第１絶縁体１４Ａの第１中空部１２Ａ内に第１導体棒２４Ａを挿入して、これらを樹脂等で接着してもよい。あるいは、第１絶縁体１４Ａの第１中空部１２Ａ内に導体ペーストを充填してもよい。ただ、前者の方法は、樹脂の耐熱性の観点から高温下では耐久性を期待できない。後者の方法は、緻密な導体を形成することが困難であり、異常放電を発生し易いという懸念がある。
【００８５】
そこで、上述した第１製造方法及び第２製造方法のように、仮焼成体１２６の中空部１２４内に第１導体棒２４Ａを挿入した後、仮焼成体１２６と第１導体棒２４Ａとを焼成によって直接一体化することが好ましい。これは、第２電極１８Ｂについても同様である。
【００８６】
なお、本発明に係る電極及び電極構造体は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００８７】
１０…電極構造体
１２Ａ、１２Ｂ…第１中空部、第２中空部
１４Ａ、１４Ｂ…第１絶縁体、第２絶縁体
１６Ａ、１６Ｂ…第１導体、第２導体
１８Ａ、１８Ｂ…第１電極、第２電極
２０Ａ、２０Ｂ…第１固定部材、第２固定部材
２４Ａ、２４Ｂ…第１導体棒、第２導体棒
２６Ａａ、２６Ａｂ…第１導体棒の一方の端面、他方の端面
２６Ｂａ、２６Ｂｂ…第２導体棒の一方の端面、他方の端面
２８Ａａ、２８Ａｂ…第１絶縁体の一方の端面、他方の端面
２８Ｂａ、２８Ｂｂ…第２絶縁体の一方の端面、他方の端面
３２…空気                              
３６…放電ギャップ
【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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【図９】
2015182904.tif 000011
【図１０】
2015182904.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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