(57)【要約】      （修正有）【課題】温度制御が可能で且つ小型化が可能なプラズマ発生体、反応装置及び光源装置を提供する。【解決手段】プラズマ発生体１は、放電空間５Ａ，５Ｂ，５Ｃにプラズマを発生させる電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと、電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄが固定され、電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄに沿って流体を流動させ、プラズマ発生体１の温度制御を可能ならしめる流路１７を有し、一体的に形成された誘電体としての基体３とを備える。【選択図】図２
2008117533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間にプラズマを発生可能な電極と、
前記電極が固定され、前記電極に沿って延びる流路を有した誘電体と
を備えることを特徴とするプラズマ発生体。
【請求項２】
前記誘電体は、前記放電空間を有し、一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生体。
【請求項３】
前記電極は、前記誘電体に埋設され、
前記流路は、前記放電空間と前記電極との間に配置されている
ことを特徴とする請求項２記載のプラズマ発生体。
【請求項４】
前記電極として、前記放電空間を挟んで互いに対向配置され、前記誘電体に埋設された一対の電極を備え、
前記流路は、前記一対の電極それぞれに沿って延びている
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のプラズマ発生体。
【請求項５】
前記放電空間は、所定方向に沿って複数設けられ、
前記電極として、前記所定方向において、前記複数の放電空間と交互に配置された複数の電極を備え、
前記流路は、前記複数の電極それぞれに沿って延びている
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ発生体。
【請求項６】
前記流体を供給可能な流動管又は前記流体を排出可能な流動管と接続可能で、前記流路に連通する接続管が前記誘電体に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ発生体。
【請求項７】
前記接続管は前記誘電体と一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項６記載のプラズマ発生体。
【請求項８】
前記流路は平面視して前記電極の中央部に位置する部分の断面積が前記電極の外周部に位置する部分の断面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ発生体。
【請求項９】
前記流路は平面視して前記電極の中央部に位置する部分同士の間隔が前記電極の外周部に位置する部分同士の間隔よりも小さい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ発生体。
【請求項１０】
前記誘電体は、前記放電空間に露出した表面において、結晶相の面積率がガラス相の面積率よりも高いことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のプラズマ発生体。
【請求項１１】
前記誘電体は、少なくとも前記放電空間に露出した部位の主成分がコージェライトセラミックスであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のプラズマ発生体。
【請求項１２】
前記誘電体にヒータが形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ発生体。
【請求項１３】
前記誘電体に温度検出素子が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ発生体。
【請求項１４】
前記誘電体は、積層された複数の誘電層が焼成されて形成され、
前記流路は、前記誘電層に穴部が設けられることにより形成された前記複数の誘電層間の隙間を含んで形成されている
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載のプラズマ発生体。
【請求項１５】
前記電極は、前記誘電層に配置された導電ペーストが前記積層された複数の誘電層と共に焼成されて形成されたものである
請求項１４記載のプラズマ発生体。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項記載のプラズマ発生体と、
前記放電空間に被処理流体を供給可能な供給部と、
前記放電空間でプラズマを発生させて前記被処理流体を化学変化させるように前記電極に電圧を印加可能な電極制御部と、
前記流路に冷却媒体を流動させることが可能な冷却部と
を具備することを特徴とする反応装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項記載のプラズマ発生体と、
該プラズマ発生体を収容するとともに、前記放電空間におけるプラズマ発生により発せられる光を放出可能な透光部を有する筐体と、
前記流路に冷却媒体を流動させることが可能な冷却部と
を具備することを特徴とする光源装置。
【請求項１８】
前記筐体内に前記放電空間におけるプラズマ発生により発せられる光を反射可能な反射部が設けられている
ことを特徴とする請求項１７記載の光源装置。
【請求項１９】
前記誘電体は前記放電空間におけるプラズマ発生により発せられる光の反射率が５０％以上である
ことを特徴とする請求項１７または請求項１８記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを発生させるプラズマ発生体、反応装置及び光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマは、反応器やランプの技術分野など様々な分野で利用されている。例えば、反応系では、NOx分解装置 / HC分解装置、ダイオキシン分解装置、PFC分解装置、脱臭装置、ウイルス除菌装置、オゾン発生装置、マイナスイオン発生装置においてプラズマが利用されている。また、例えば、光源系では、プラズマランプ（蛍光灯、ネオン管など）、エッチング装置用光源、レジスト露光装置用光源、プラズマディスプレイにおいてプラズマが利用されている。
【０００３】
プラズマを発生させる方法としては、放電による方法が知られている（例えば特許文献１〜３）。すなわち、気体が存在する放電空間の内部又は放電空間の周囲に配置された電極に電圧を印加して放電空間内で放電を行わせることにより、放電空間内の気体からプラズマを生成する方法が知られている。
【特許文献１】特開２００６−１７９２０２号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６８２９号公報
【特許文献３】特開２００５−２２００１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高出力でプラズマを発生させると熱が発生し、プラズマ発生体が高温化する。冷却するためには冷却水を循環可能な冷却板などを接触させる必要があり、部材が多くなるとともにプラズマ発生体が大型化する。
【０００５】
本発明の目的は、温度制御が可能で且つ小型化が可能なプラズマ発生体、反応装置及び光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプラズマ発生体は、放電空間にプラズマを発生可能な電極と、前記電極が固定され、前記電極に沿って延びる流路を有した誘電体とを備える。
【０００７】
好適には、前記誘電体は、前記放電空間を有し、一体的に形成されている。
【０００８】
好適には、前記電極は、前記誘電体に埋設され、前記流路は、前記放電空間と前記電極との間に配置されている。
【０００９】
好適には、前記電極として、前記放電空間を挟んで互いに対向配置され、前記誘電体に埋設された一対の電極を備え、前記流路は、前記一対の電極それぞれに沿って延びている。
【００１０】
好適には、前記放電空間は、所定方向に沿って複数設けられ、前記電極として、前記所定方向において、前記複数の放電空間と交互に配置された複数の電極を備え、前記流路は、前記複数の電極それぞれに沿って延びている。
【００１１】
好適には、前記流体を供給可能な流動管又は前記流体を排出可能な流動管と接続可能で、前記流路に連通する接続管が前記誘電体に設けられている。
【００１２】
好適には、前記接続管は前記誘電体と一体的に形成されている。
【００１３】
好適には、前記流路は平面視して前記電極の中央部に位置する部分の断面積が前記電極の外周部に位置する部分の断面積よりも大きい。
【００１４】
好適には、前記流路は平面視して前記電極の中央部に位置する部分同士の間隔が前記電極の外周部に位置する部分同士の間隔よりも小さい。
【００１５】
好適には、前記放電空間に露出した表面において、結晶相の面積率がガラス相の面積率よりも高い。
【００１６】
好適には、前記誘電体は、少なくとも前記放電空間に露出した部位の主成分がコージェライトセラミックスである。
【００１７】
好適には、前記誘電体にヒータが形成されている。
【００１８】
好適には、前記誘電体に温度検出素子が形成されている。
【００１９】
好適には、前記誘電体は、積層された複数の誘電層が焼成されて形成され、前記流路は、前記誘電層に穴部が設けられることにより形成された前記複数の誘電層間の隙間を含んで形成されている。
【００２０】
好適には、前記電極は、前記誘電層に配置された導電ペーストが前記積層された複数の誘電層と共に焼成されて形成されたものである。
【００２１】
本発明の反応装置は、上記のいずれか一に記載のプラズマ発生体と、前記放電空間に被処理流体を供給可能な供給部と、前記放電空間でプラズマを発生させて前記被処理流体を化学変化させるように前記電極に電圧を印加可能な電極制御部と、前記流路に冷却媒体を流動させることが可能な冷却部とを具備する。
【００２２】
本発明の光源装置は、上記のいずれか一に記載のプラズマ発生体と、該プラズマ発生体を収容するとともに、前記放電空間におけるプラズマ発生により発せられる光を放出可能な透光部を有する筐体と、前記流路に冷却媒体を流動させることが可能な冷却部とを具備する。
【００２３】
好適には、前記筐体内に前記放電空間におけるプラズマ発生により発せられる光を反射可能な反射部が設けられている。
【００２４】
好適には、前記誘電体は前記放電空間におけるプラズマ発生により発せられる光の反射率が５０％以上である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、プラズマ発生体の温度制御及び小型化ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生体１の外観を示す斜視図であり、図１（ａ）は、プラズマ発生体１の第１の面Ｓ１側から見た図、図１（ｂ）は、第１の面Ｓ１の背面となる第２の面Ｓ２側から見た図である。
【００２７】
プラズマ発生体１は、略直方体状に形成された基体３を備えている。基体３は、互いに対向する第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２と、第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２に直交し、互いに対向する第３の面Ｓ３及び第４の面Ｓ４と、第１〜第４の面Ｓ１〜Ｓ４に直交し、互いに対向する第５の面Ｓ５及び第６の面Ｓ６とを有している。
【００２８】
基体３は、好適には、一体的に形成されている。すなわち、基体３は全体が同一の材料により形成され、かつ、一部材として形成されており、界面を有しない。換言すれば、基体３は、複数の部材を接着剤、ネジ、係合部により互いに固定したものではない。基体３は、誘電体（不導体）により構成されている。例えば、基体３はセラミックにより構成されている。
【００２９】
基体３には、プラズマ発生のために放電が行われる第１〜第３放電空間５Ａ〜５Ｃ（以下、単に「放電空間５」といい、これらを区別しないことがある。）が形成されている。図１では、放電空間５が３つ設けられている場合を例示している。
【００３０】
放電空間５は、第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２に開口する抜け穴状に形成されている。換言すれば、放電空間５は、四方（第３〜第６の面Ｓ３〜Ｓ６の面する方向）が囲まれ、２方向が開放された空間である。放電空間５は、例えば、薄型な直方体状に形成されている。なお、以下では、第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２の対向方向を放電空間５の長さ方向又は開口方向、第３の面Ｓ３及び第４の面Ｓ４の対向方向を放電空間５の幅方向、第５の面Ｓ５及び第６の面Ｓ６の対向方向を放電空間５の厚み方向ということがある。第１〜第３放電空間５Ａ〜５Ｃは、互いに同一形状に形成されている。
【００３１】
第１〜第３放電空間５Ａ〜５Ｃは、所定の方向に一列に配列されている。具体的には、第１〜第３放電空間５Ａ〜５Ｃは、厚さ方向に一列に配置され、開口方向に対して並列に配置されている。第１〜第３放電空間５Ａ〜５Ｃの互いの間隔は同一である。すなわち、第１放電空間５Ａと第２放電空間５Ｂとの間隔と、第２放電空間５Ｂと第３放電空間５Ｃとの間隔とは等しい。
【００３２】
基体３の表面には、端子等の種々の部材が露出している。具体的には以下のとおりである。
【００３３】
第３の面Ｓ３には、後述する電極１５（図２参照）に電圧を印加するための第１電極用端子７Ａが露出し、第４の面Ｓ４には、電極１５に電圧を印加するための第２電極用端子７Ｂ（以下、単に「電極用端子７」といい、これらを区別しないことがある。）が露出している。電極用端子７は、例えば平板状の金属により構成され、第３の面Ｓ３や第４の面Ｓ４に沿って配置されている。電極用端子７は、例えば、第３の面Ｓ３や第４の面Ｓ４の略中央に配置されている。
【００３４】
第３の面Ｓ３からは、基体３内部に冷却媒体を流入させるための流入用接続管９Ａが突出し、第４の面Ｓ４からは、基体３内部から冷却媒体を流出させるための流出用接続管９Ｂ（以下、単に「接続管９」といい、これらを区別しないことがある。）が突出している。接続管９は、基体３と一体的に形成されている。なお、冷却媒体は、例えば水である。
【００３５】
流入用接続管９Ａは、プラズマ発生体１とは別の装置に設けられた、冷却媒体を供給可能な供給用流動管５０Ａと接続可能であり、流出用接続管９Ｂは、プラズマ発生体１とは別の装置に設けられた、冷却媒体を排出可能な排出用流動管５０Ｂ（以下、単に「流動管５０」といい、供給用流動管５０Ａと排出用流動管５０Ｂとを区別しないことがある。）と接続可能である。接続管９は、例えば、流動管５０に嵌合挿入されることにより流動管５０と接続される。接続管９の断面形状は適宜な形状でよく、例えば、円形、矩形である。図１では、断面円形の場合を例示している。
【００３６】
第３の面Ｓ３には、後述する温度検出素子１９（図２参照）からの電気信号を出力するための第１センサ用端子１１Ａ及び第２センサ用端子１１Ｂ（以下、単に「センサ用端子１１」といい、これらを区別しないことがある。）が露出している。センサ用端子１１は、例えば平板状の金属により構成され、第３の面Ｓ３や第４の面Ｓ４に沿って配置されている。
【００３７】
第３の面Ｓ３には、後述するヒータ２１（図２参照）に電力を供給するための第１ヒータ用端子１３Ａ及び第２のヒータ用端子１３Ｂ（以下、単に「ヒータ用端子１３」といい、これらを区別しないことがある。）が露出している。ヒータ用端子１３は、例えば平板状の金属により構成され、第３の面Ｓ３や第４の面Ｓ４に沿って配置されている。
【００３８】
図２は、図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ線における断面を示す図である。
【００３９】
基体３の内部には、放電空間５において放電を行うための第１電極１５Ａ、第２電極１５Ｂ、第３電極１５Ｃ及び第４電極１５Ｄ（以下、単に「電極１５」といい、これらを区別しないことがある。）と、基体３内部に冷却媒体を流すための流路１７と、基体３内部の温度を検出するための温度検出素子１９と、基体３を加熱するためのヒータ２１とが設けられている。
【００４０】
電極１５は、いわゆるコンデンサ型電極により構成されている。すなわち、電極１５は、概ね平板状に形成され、放電空間５を挟んで対向配置される。そして、放電空間５を挟んで対向配置された２つの電極１５の電位差により、その挟まれた放電空間５において放電が行われ、プラズマが発生する。放電は、例えば、１対の電極１５に比較的周波数の高い交流電圧を印加することにより行われる、いわゆる高周波放電である。印加される交流電圧の周波数は、例えば、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。電極１５は例えば、タングステンやモリブデン、白金、金、パラジウム、銀、銅などの金属により構成されている。
【００４１】
複数の電極１５は、複数の放電空間５の配列方向において複数の放電空間５に対して交互に配置されている。従って、２つの放電空間５に挟まれた電極１５は、一方の放電空間５において放電を行う電極として機能するとともに、他方の放電空間５において放電を行う電極としても機能する。
【００４２】
具体的には、第１電極１５Ａ、第１放電空間５Ａ、第２電極１５Ｂ、第２放電空間５Ｂ、第３電極１５Ｃ、第３放電空間５Ｃ、第４電極１５Ｃの順に配置されている。そして、第１放電空間５Ａでは、第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂにより放電が行われ、第２放電空間５Ｂでは、第２電極１５Ｂ及び第３電極１５Ｃにより放電が行われ、第３放電空間５Ｃでは、第３電極１５Ｃ及び第４電極１５Ｄにより放電が行われる。２つの放電空間５に挟まれた電極１５は、例えば、２つの放電空間５の中央に配置されている。複数の電極１５は、例えば、等間隔で配置されている。
【００４３】
複数の電極１５は、その配列方向において一つ置きに互いに接続され、２組の電極グループが構成されている。すなわち、第１電極１５Ａと第３電極１５Ｃとが互いに接続されて第１電極グループ２３Ａが構成され、第２電極１５Ｂと第４電極１５Ｄとが互いに接続されて第２電極グループ２３Ｂ（以下、両者を区別せずに、単に「電極グループ２３」ということがある。）が構成されている。第１電極グループ２３Ａは第１電極用端子７Ａに接続され、第２電極グループ２３Ｂは第２電極用端子７Ｂに接続されている。従って、第１電極用端子７Ａ及び第２電極用端子７Ｂに交流電圧を印加することにより、互いに対向する一対の電極１５間に電圧が印加される。
【００４４】
各電極グループ２３において、電極１５同士を接続するとともに、各電極１５を電極用端子７に接続する電極用導電路２５は、例えば、断面円形に形成され、電極１５に直交する方向に延びて電極１５同士を接続する直交部２５ａと、その直交部２５ａから電極１５と平行な方向に延びて電極用端子７に接続される水平部２５ｂとを有している。なお、電極用端子７が省略され、水平部２５ｂが基体３から露出されてもよい。
【００４５】
電極１５は、基体３に埋設されている。すなわち、互いに対向する面、その背面及び側面が基体３により被覆されている。なお、高周波放電では、一方の電極１５から他方の電極１５に向かった電子が、他方の電極１５を被覆している誘電体（基体３）に衝突する前に、電界の極性が逆転される。すなわち、電極１５が誘電体により被覆された場合でも放電が維持される。
【００４６】
流路１７は、流入用接続管９Ａから流出用接続管９Ｂまで延びている。流路１７は、例えば、複数の電極１５に対応して、各電極１５に沿って延びる電極冷却部１７ａを複数有している。電極冷却部１７ａは、例えば、電極１５の放電空間５が配置されている側の面に沿って延びている。換言すれば、電極冷却部１７ａは、電極１５と、放電空間５との間において延びている。電極冷却部１７ａは、例えば、電極１５の略全面に亘って蛇行して延びている。複数の電極冷却部１７ａは、放電空間５や電極１５の外周側において電極１５に対して直交する方向に延びる連通部１７ｂ（図３参照）により、端部同士が互いに連通している。流路１７は、例えば、流入用接続管９Ａから流出用接続管９Ｂまで一定の断面積で延びている。
【００４７】
流路１７は、基体３に形成された溝や穴部に直接流体が流動するような構造に限らず、基体３に管状の部材を埋設することによって形成してもよい。
【００４８】
温度検出素子１９は、例えば、抵抗体により構成されている。温度検出素子１９は、基体３に埋設されたセンサ用導電路２７を介してセンサ用端子１１に接続されている。センサ用端子１１に電圧を印加し、温度検出素子１９の温度変化に応じた抵抗値の変化を測定することにより、温度検出素子１９の周囲の温度を検出することができる。温度検出素子１９は、基体３の適宜な位置、例えば、電極１５と放電空間５との間に埋設されている。
【００４９】
ヒータ２１は、例えば、不図示の電熱線２１ａ（図２では一部のみ示す。なお、図２でヒータ２１を示す矩形は、電熱線２１ａの配置範囲を概念的に示すものである。）を含んで構成されている。電熱線２１ａは、基体３に埋設されたヒータ用導電路２９を介してヒータ用端子１３に接続されている。従って、ヒータ用端子１３に電圧を印加することによりヒータ２１の周囲を加熱するこができる。電熱線２１ａは、基体３の適宜な位置に、適宜な形状で埋設されている。例えば、電熱線２１ａは、中央寄りの電極１５と放電空間５との間に埋設され、蛇行して延びたり、渦巻状に延びるなどして電極１５に沿う平面に広がっている。
【００５０】
以上の構成を有するプラズマ発生体１の基体３は、例えば、セラミックグリーンシート等の誘電層（絶縁層）を積層して焼成することにより形成される。すなわち、誘電層の積層体により形成されている。電極１５、温度検出素子１９、電熱線２１ａ、電極用導電路２５、センサ用導電路２７、ヒータ用導電路２９等の導電体は、例えば、焼成前の誘電層に導電ペーストが配置され、積層された誘電層と共に焼成されることにより、基体３に埋設、固定されて形成される。放電空間５や流路１７は、焼成前の誘電層に穴部が設けられることにより形成される。
【００５１】
基体３を構成する誘電体は、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス、コージェライトセラミックス、窒化ケイ素セラミックス、窒化アルミニウムセラミックス、炭化ケイ素セラミックス、イットリアセラミックス、サファイアセラミックス等が用いられる。
【００５２】
放電により発生した熱を外部に放熱するという観点からは、熱伝導性の高い窒化ケイ素セラミックスや窒化アルミニウムセラミックスを用いるのがよい。また、基体３の破損を防止するという観点からは、高強度の炭化ケイ素セラミックスを用いるのがよい。
【００５３】
好適には、基体３を構成する誘電体は、放電空間５に露出した表面において、結晶相の面積率がガラス相の面積率よりも高い方がよい。この構成により、放電空間５内で発生したプラズマによって基体３がエッチングされるのを有効に防止できる。すなわち、放電空間５に露出した誘電体の表面は、非常に結合力の高い共有結合で結合した結晶相の割合を高めることによって、プラズマによるエッチングに対して抵抗力を有することとなる。
【００５４】
より好ましくは、基体３を構成する誘電体の放電空間５に露出した表面において、結晶相の面積率がガラス相の面積率の９０〜１００％がよい。この構成により、放電空間５に露出した表面のプラズマ対する耐久性を向上できるとともに、基体３の熱膨張率を低減して熱応力が生じるのを有効に防止できる。
【００５５】
このような結晶相の割合を高めるためには、誘電体の材料としてコージェライトセラミックスやアルミナセラミックス、ジルコニアセラミックスを用い、原料としての焼結助剤などの添加物の含有量や焼成条件を調整することにより、所望のものとすることができる。
【００５６】
より好適には、上記誘電体は、少なくとも放電空間５に露出した部位の主成分がコージェライトセラミックスであるのがよい。コージェライトセラミックスは結晶性のセラミックスであり、ガラス相をほとんど形成しないので、プラズマによるエッチングに対して非常に抵抗力の高いものとなる。また、コージェライトは線熱膨張係数が約２ｐｐｍ／℃程度であり、プラズマ発生時の熱による基体３の熱膨張を低減して、応力が生じるのを有効に防止できる。
【００５７】
このような結晶相の割合は、ＳＥＭ等による表面状態観察により面積比率を求めることができる。また、結晶性の判断については、Ｘ線回折を用いることにより分析できる。
【００５８】
なお、本願においては、誘電層の穴部は、誘電層を貫通しないもの（凹部）と、誘電層を貫通するもの（孔部）とを含むものとする。また、穴部は、深さ方向に平面視して縦横比が等しいもの（例えば円形や矩形）と、長尺状のもの（以下、「溝部」ということがある。）とを含むものとする。溝部は、誘電層を貫通しないもの（以下、「凹溝」ということがある。凹部の一種である。）と、貫通するもの（以下、「スリット」ということがある。孔部の一種である。）との双方を含むものとする。
【００５９】
図３は、上述のようにプラズマ発生体１が形成されることを、プラズマ発生体１の一部を例にとって説明する概念図である。図３では、基体３のうち、第５の面Ｓ５側の第１部分３ａ（図２参照）のみを例示している。また、図３では、図２と同様に、基体３を図１のＩＩ−ＩＩ線において分断して示している。なお、図３は、基体３の構成を分かりやすく示すために、流路１７を図２よりも大きく示すなどしている。このため、図２に対して流路１７等の形状や位置が若干異なっている。
【００６０】
図３に示すように、基体３の第１部分３ａは、６枚の第１誘電層３１Ａ〜第６誘電層３１Ｆ（以下、単に「誘電層３１」といい、これらを区別しないことがある。）の積層体により構成されている。なお、誘電層３１を６枚としたのは例示であり、誘電層３１の枚数は適宜に設定してよい。また、本願では、第５誘電層３１Ｅのように、２枚に分かれているものも、積層位置が同一であれば、同一の誘電層として説明する。
【００６１】
複数の誘電層３１は、例えば、互いに同等の広さ、厚さ、形状を有している。なお、複数の誘電層３１は、互いに同一の広さ、厚さ、形状でなくてもよい。ただし、複数の誘電層３１を互いに同一の広さ、厚さ、形状とすれば、製造コストが縮小される。
【００６２】
誘電層３１は、例えば、アルミナセラミックスであり、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３などから成るガラス成分とアルミナ粒子とを含んで形成される。積層後の誘電層３１は、例えば９００°Ｃ〜１７００°Ｃの還元雰囲気で焼成される。
【００６３】
放電空間５は、複数の誘電層３１のうち少なくとも１枚の誘電層３１に穴部が形成されることにより形成される複数の誘電層３１間の隙間を含んで構成される。例えば、放電空間５Ａは、第４誘電層３１Ｄの第５誘電層３１Ｅ側の面に設けられた凹部３３Ｄと、第５誘電層３１Ｅに設けられた孔部３４と、第６誘電層３１Ｆの第５誘電層３１Ｅ側の面に設けられた凹部３３Ｆとが互いに連通されて形成された、第４誘電層３１Ｄと第６誘電層３１Ｆとの隙間により構成されている。なお、本願では、孔部３４のように、一の誘電層（第５誘電層３１Ｅ）を構成する２の分割層３１Ｅ−１、３１Ｅ−２の間の隙間（孔部３４）も、一の誘電層に設けられた孔部に含まれるものとする。
【００６４】
なお、凹部３３Ｄや凹部３３Ｆを省略して孔部３４のみで放電空間５Ａを構成するなど、一以上の誘電層に形成された孔部のみで放電空間５を構成してもよいし、第５誘電層３１Ｅを、第４誘電層３１Ｄ側の面に凹部を有する誘電層とし、当該第５誘電層３１Ｅの凹部と第４誘電層３１Ｄの凹部３３Ｄとを連結して放電空間５を構成するなど、２つの凹部のみで放電空間５を構成してもよいし、第５誘電層３１Ｅを凹部や孔部の無い誘電層とし、第４誘電層３１Ｄの凹部３３Ｄのみで放電空間５を構成するなど、一の凹部のみで放電空間５を構成してもよい。誘電層３１間の隙間と、誘電層３１の最下層又は最上層に設けられた孔部とを連通するなど、誘電層３１間の隙間以外の部分を含んで放電空間５を構成してもよい。
【００６５】
電極１５は、例えば、誘電層３１に積層された導電性ペーストが、積層された複数の誘電層３１と共に焼成されることにより形成される。例えば、電極１５Ａは、電極１５Ａとなる導電ペーストが、第２誘電層３１Ｂと、第３誘電層３１Ｃとの間に配置されて焼成されることにより形成される。電極１５Ａの厚さが大きいときには、図３において例示するように、電極１５Ａとなる導電ペーストを配置するための凹部３３を、第２誘電層３１Ｂ及び第３誘電層３１Ｃのうち少なくとも一方の誘電層３１の対向面に形成してもよい。あるいは、第２誘電層３１Ｂに電極１５Ａとなる導電ペーストを配置するための孔部を設け、第１誘電層３１Ａと第３誘電層３１Ｃとの間に電極１５Ａとなる導電ペーストを配置するなど、一以上の誘電層３１に設けられた孔部に電極１５Ａとなる導電ペーストを配置してもよい。
【００６６】
電極用導電路２５、センサ用導電路２７及びヒータ用導電路２９は、誘電層３１を貫通する部分が、誘電層３１に形成された孔部（ビア孔）に導電ペーストが充填され、積層された複数の誘電層３１と共に焼成されることにより形成される。すなわち、ビア導体により形成される。また、これら導電路は、誘電層３１に沿う部分が、誘電層３１に導電ペーストが積層され、積層された複数の誘電層３１と共に焼成されることにより形成される。なお、導電ペーストを誘電層３１に積層する際には、導電ペーストを配置するための溝部等が誘電層３１に設けられてもよい。図３では、導電ペーストの配置位置として、電極用導電路２５の直交部２５ａとなる導電ペーストが充填される、第３誘電層３１Ｃに形成された孔部３７Ｃ、第４誘電層３１Ｄに形成された孔部３７Ｄ、第５誘電層３１Ｅに形成された孔部３７Ｅ、第４誘電層３１Ｆに形成された孔部３７Ｆを例示している。各孔部３７Ｃ〜３７Ｆに充填されたビア導体は、焼成されて互いに接続され、一本の導電体になる。
【００６７】
温度検出素子１９を構成する抵抗体、ヒータ２１を構成する電熱線２１ａも、電極１５、電極用導電路２５、センサ用導電路２７及びヒータ用導電路２９と同様に、焼成前の誘電層３１に導電ペーストが配置されることにより形成される。また、これらを構成する導電ペーストを配置するための穴部が必要に応じて適宜に焼成前の誘電層３１に設けられる。
【００６８】
電極用端子７、センサ用端子１１、ヒータ用端子１３は、焼成された基体３に金属板が取り付けられて構成されてもよいし、上記の電極用導電路２５、センサ用導電路２７及びヒータ用導電路２９等と同様に、焼成前の誘電層３１の側面に導電ペーストが配置され、誘電層３１が焼成されることにより構成されてもよい。また、これらを構成する導電ペーストを配置するための穴部が必要に応じて適宜に焼成前の誘電層３１に設けられてもよい。
【００６９】
流路１７は、複数の誘電層３１のうち少なくとも１枚の誘電層３１に穴部が形成されることにより形成される複数の誘電層３１間の隙間を含んで形成される。例えば、電極冷却部１７ａは、第３誘電層３１Ｃの第４誘電層３１Ｄ側の面に凹溝３９Ｃが形成されることにより形成された、第３誘電層３１Ｃと第４誘電層３１Ｄとの隙間により構成されている。また、例えば、連通部１７ｂの一部は、第４誘電層３１Ｄに形成された孔部４１Ｄ、第５誘電層３１Ｅに形成された孔部４１Ｅ、第６誘電層３１Ｆに形成された孔部４１Ｆが互いに連通することにより形成された、第３誘電層３１Ｃと、第６誘電層３１Ｆよりも下層の誘電層３１との隙間により構成されている。
【００７０】
なお、第４誘電層３１Ｄ側の第３誘電層３１Ｃ側の面に、凹溝３９Ｃと同一位置に凹溝を形成して、その凹溝と凹溝３９Ｃとで電極冷却部１７ａを形成するなど、対向する凹溝同士を連結して電極冷却部１７ａを構成してもよいし、放電空間５Ａを形成する第５誘電層３１Ｅのように、一以上の誘電層３１にスリットを形成し、その誘電層３１を他の誘電層で挟みこむことにより、電極冷却部１７ａを構成してもよい。誘電層３１間の隙間と、誘電層３１の最下層又は最上層に設けられた孔部とを連通するなど、誘電層３１間の隙間以外の部分を含んで流路１７を構成してもよい。
【００７１】
流入用接続管９Ａは、例えば、誘電層３１と同一の材質により構成されている。そして、焼成前の積層された誘電層３１の側方に所定の圧力で当接された状態で誘電層３１と共に焼成されることにより、基体３と一体的に形成される。流出用接続管９Ｂの形成方法も同様である。
【００７２】
以上の第１の実施形態によれば、プラズマ発生体１は、放電空間５を有し、一体的に形成された基体３（誘電体）と、基体３に固定され、放電により放電空間５内でプラズマを発生可能な電極１５とを備えていることから、電極１５から放電空間５までの電気経路や放電空間５を形成する部分に界面が存在せず、部材間の界面部分に各部材間の熱膨張の差による熱応力の集中が抑制され、耐久性が向上する。
【００７３】
特に、プラズマ発生体１が、電極１５として、放電空間５を挟んで互いに対向配置され、基体３に埋設された一対の電極を備えたものである場合には、電極間に界面が存在せず、熱応力集中の抑制による耐久性向上の効果が一層期待される。
【００７４】
放電空間５は、所定方向に沿って複数設けられ、プラズマ発生体１は、電極１５として、所定方向において、複数の放電空間５と交互に配置された複数の電極１５を備えているから、２つの放電空間５に挟まれた一の電極１５を、一方の放電空間５において放電を行う電極として機能させるとともに、他方の放電空間５において放電を行う電極としても機能させ、プラズマ発生体１を小型化しつつ、複数の放電空間５で大量にプラズマを発生させることができる。
【００７５】
複数の電極１５は、一つ置きに互いに接続されていることから、複数の電極１５に電圧を印加するための電極用端子７を複数の電極１５で共通化することができ、小型化や部品点数の削減が図られる。
【００７６】
基体３にヒータ２１が設けられていることから、放電開始時などにおいて迅速にプラズマ発生体１をプラズマ発生に適した温度に上昇させることができる。しかも、ヒータ２１は、放電空間５を形成するとともに電極１５を保持している基体３に設けられているから、基体３の高機能化が図られ、プラズマ発生体１全体として小型化が図られる。
【００７７】
基体３に温度検出素子１９が設けられていることから、プラズマ発生体１の温度を検出し、プラズマ発生体１の温度をプラズマ発生に適した温度に制御したり、プラズマ発生体１の異常を検出することができる。しかも、温度検出素子１９は、放電空間５を形成するとともに電極１５を保持している基体３に設けられているから、基体３の高機能化が図られ、プラズマ発生体１全体として小型化が図られる。
【００７８】
基体３は、積層された複数の誘電層３１が焼成されて形成され、放電空間５は、少なくとも一の誘電層３１に穴部が設けられることにより形成された前記複数の誘電層３１間の隙間を含んで構成されているから、放電空間５を有する基体３の形成が容易である。また、電極１５や電極用導電路２５等の導電体の配置を積層前の誘電層３１に対して行うことにより、これら導電体の基体３への配置、固定の容易化も図られる。
【００７９】
プラズマ発生体１は、放電により放電空間５にプラズマを発生させる電極１５と、電極１５が固定され、電極１５に沿って延びる流路１７を有し、一体的に形成された誘電体としての基体３とを備えるから、電極１５を保持する基体３に流路１７が設けられて基体３の高機能化が図られ、かつ、基体３が一体的に形成されて部品点数が削減され、プラズマ発生体１全体として小型化が図られる。
【００８０】
放電空間５は、基体３に形成されているから、基体３の一層の高機能化が図られる。しかも、上述のように、電極１５から放電空間５までの電気経路や放電空間５を形成する部分に界面が存在せず、熱応力の集中が抑制され、耐久性が向上する。
【００８１】
電極１５は、基体３に埋設され、流路１７は、放電空間５と電極１５との間に配置されていることから、電極１５の周囲のうち、一般的に高温になり易い放電空間５側を効率的に冷却することが可能である。
【００８２】
電極１５として、放電空間５を挟んで互いに対向配置され、基体３に埋設された一対の電極１５を備え、流路１７は、一対の電極１５の双方に沿って設けられている場合には、上述のように電極間に界面が存在せず、熱応力集中の抑制による耐久性向上が期待されるとともに、それぞれの電極１５を十分に冷却することができる。
【００８３】
放電空間５は、所定方向に沿って複数設けられ、電極１５として、所定方向において、複数の放電空間５と交互に配置された複数の電極１５を備え、流路１７は、複数の電極１５それぞれに沿って延びていることから、上述のように、一の電極１５を２つの放電空間５の放電に使用でき、プラズマ発生体１を小型化しつつ、複数の放電空間５で大量にプラズマを発生させることができることに加え、電極１５の冷却効果は維持されつつ電極１５の少数化に伴って流路１７も小数化されることになり、プラズマ発生体１の小型化が一層図られる。
【００８４】
冷却媒体を供給可能な供給用流動管５０Ａと接続可能な流入用接続管９Ａや冷却媒体を排出可能な排出用流動管５０Ｂと接続可能な流出用接続管９Ｂが基体３に設けられていることから、基体３の高機能化が一層図られ、プラズマ発生体１又はプラズマ発生体１が取り付けられる装置の小型化が図られる。
【００８５】
接続管９は基体３と一体的に形成されていることから、部品点数の増加が抑えられ、プラズマ発生体１全体としての小型化が容易化される。
【００８６】
基体３は、積層された複数の誘電層３１が焼成されて形成され、流路１７は、少なくとも一の誘電層３１に設けられた穴部により形成された複数の誘電層３１間の隙間を含んで形成されているから、各誘電層３１に適宜な形状の穴部を設けることにより、簡単に任意の形状の流路を形成することができる。
【００８７】
電極１５は、積層された誘電層３１と共に焼成されることにより基体３に固定された導体により形成されていることから、電極１５を基体３の任意の位置に固定することが容易である。例えば、電極１５を基体３に埋設することも容易である。
【００８８】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る反応装置１００の構造的な構成を示す概念図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
【００８９】
反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１を備え、プラズマ発生体１により被処理流体を処理して排出する装置として構成されている。被処理流体は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガスであり、放電空間５における化学変化によりＮＯｘが分解される。また、例えば、被処理流体は、冷蔵庫やエアコンに冷却媒体として使用されたフロンであり、放電空間５における化学変化によりフロンが分解される。なお、以下では、反応装置１００のうち、プラズマ発生体１以外の部分を、反応装置本体部１０１ということがある。
【００９０】
反応装置本体部１０１は、被処理流体を供給する流体源１０３と、流体源１０３からプラズマ発生体１に被処理流体を導く供給管１０５（供給部の一例）と、プラズマ発生体１により処理された被処理流体を排出する排出管１０７と、被処理流体の流動を制御するための被処理流体用ポンプ１０９と、冷却媒体を供給する冷媒源１１１と、冷媒源１１１からプラズマ発生体１に冷却媒体を導く供給用流動管５０Ａ（冷却部の一例）と、プラズマ発生体１から冷媒源１１１に冷却媒体を導く排出用流動管５０Ｂと、冷却媒体の流動を制御するための冷却媒体用ポンプ１１３（冷却部の一例）とを備えている。
【００９１】
流体源１０３は、被処理流体としての排気ガスを排出する自動車の内燃機関等、被処理流体を生成するものである。あるいは、流体源１０３は、使用済みの冷蔵庫やエアコンの冷却媒体を保持したタンク等、被処理流体を保持するものである。
【００９２】
供給管１０５は、一端側が、流体源１０３の被処理流体を生成又は保持する空間に連通し、他端側が、プラズマ発生体１の放電空間５に連通している。供給管１０５のプラズマ発生体１側は、放電空間５の数に対応して第１分岐部１０５ａＡ、第２分岐部１０５ａＢ、第３分岐部１０５ａＣ（以下、単に「分岐部１０５ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０５ａＡ〜第３分岐部１０５ａＣは、それぞれ第１放電空間５Ａ〜第３放電空間５Ｃに連通している。
【００９３】
排出管１０７は、一端側が、プラズマ発生体１の放電空間５に、供給管１０５とは反対側から連通し、他端側が、大気に開放され、又は、処理後の被処理流体を保持若しくは処理後の被処理流体に別の処理を施す不図示の空間に連通している。排出管１０７のプラズマ発生体１側は、放電空間５の数に対応して第１分岐部１０７ａＡ、第２分岐部１０７ａＢ、第３分岐部１０７ａＣ（以下、単に「分岐部１０７ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０７ａＡ〜第３分岐部１０７ａＣは、それぞれ第１放電空間５Ａ〜第３放電空間５Ｃに連通している。なお、排出管１０７は、省略されてもよい。例えば、処理後の被処理流体が放電空間５から大気へ直接的に排出されてもよい。
【００９４】
供給管１０５及び排出管１０７は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。供給管１０５及び排出管１０７は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと、放電空間５との接続は、例えば、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａの端部を基体３の第２の面Ｓ２や第１の面Ｓ１に当接させて、接着剤や螺合部材などの適宜な固定部材により分岐部１０５ａや分岐部１０７ａと基体３とを固定することにより行われる。なお、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａを放電空間５に嵌合挿入したり、接続管９のように、突出した環状部分を放電空間５の端部に基体３と一体的に形成し、その突出部分を分岐部１０５ａや分岐部１０７ａに嵌合挿入することにより行われてもよい。
【００９５】
被処理流体用ポンプ１０９は、供給管１０５及び排出管１０７の少なくともいずれかに設けられている。図４では、供給管１０５に設けられた場合を例示している。なお、流体源１０３が内燃機関である場合など、流体源１０３の動力により被処理流体が流動される場合には、被処理流体用ポンプ１０９は省略されてもよい。また、被処理流体用ポンプ１０９は、プラズマ発生体１に設けることも可能である。被処理流体用ポンプ１０９は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００９６】
冷媒源１１１は、例えば、熱交換器を含んで構成され、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体の温度を熱交換器により降下させて供給用流動管５０Ａに供給する。なお、冷媒源１１１は、冷却媒体を供給することができればよく、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体を受け入れて冷却媒体を循環させるものでなくてもよい。すなわち、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体は、冷媒源１１１とは異なる場所へ排出されてよい。例えば、冷却媒体として水道水が利用されるような場合に、排出用流動管５０Ｂからの水は、冷媒源１１１としての水源とは異なる場所へ排出されてよい。逆に、冷却媒体が循環される構成である場合には、冷媒源１１１は省略されてもよい。
【００９７】
供給用流動管５０Ａは、一端が冷媒源１１１に連通するとともに、他端が、上述のように、流入用接続管９Ａを介してプラズマ発生体１の流路１７に連通している。排出用流動管５０Ｂは、一端が、上述のように、流出用接続管９Ｂを介してプラズマ発生体１の流路１７に連通するとともに、他端が冷媒源１１１に連通している。流動管５０は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。流動管５０は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００９８】
冷却媒体用ポンプ１１３は、供給用流動管５０Ａ及び排出用流動管５０Ｂの少なくともいずれかに設けられている。図４では、供給用流動管５０Ａに設けられた場合を例示している。なお、冷媒源１１１が高位置にあるタンクであり、重力により冷却媒体を流動させることができるなど、適宜に冷却媒体を流動させる動力が得られる場合には、冷却媒体用ポンプ１１３は省略されてもよい。また、冷却媒体用ポンプ１１３は、プラズマ発生体１に設けることも可能である。冷却媒体用ポンプ１１３は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００９９】
図５は、反応装置１００の電気系の構成を示すブロック図である。
【０１００】
反応装置本体部１０１は、電極用端子７、センサ用端子１１、ヒータ用端子１３に接続される装置側電極用端子１４１、装置側センサ用端子１４３、装置側ヒータ用端子１４５を備えている。プラズマ発生体１は、これら端子を介して反応装置本体部１０１から電力が供給されて駆動制御される。具体的には、以下のとおりである。
【０１０１】
電源部１２１は、例えば、バッテリを含んで構成され、バッテリからの直流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。あるいは、商用周波数の交流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。電源部１２１の電力は、制御部１２３、放電制御部１２５、温度検出部１２７、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９、冷却媒体用ポンプ１１３に供給される。
【０１０２】
放電制御部１２５は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力に変換し、その変換後の電力を装置側電極用端子１４１及び電極用端子７を介して電極１５に供給する。放電制御部１２５は、例えば、インバータや変圧器等の電源回路を含んで構成されている。電極１５では、放電制御部１２５により印加された電圧に応じた量の放電が行われる。
【０１０３】
温度検出部１２７は、例えば、温度検出素子１９が温度変化により抵抗値が変化する抵抗体により構成されている場合、電源部１２１から供給される電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側センサ用端子１４３及びセンサ用端子１１を介して温度検出素子１９に供給する。そして、温度検出素子１９は、温度検出素子１９の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値に応じた信号を制御部１２３に出力する。温度検出素子１９は、検出した抵抗値に基づいて温度検出素子１９の温度を算出し、その算出値に応じた信号を制御部１２３に出力してもよい。
【０１０４】
ヒータ駆動部１２９は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側ヒータ用電極１４５及びヒータ用電極１３を介してヒータ２１に供給する。ヒータ駆動部１２９は、例えば、整流回路や変圧器等の電源回路を含んで構成されている。ヒータ２１では、ヒータ駆動部１２９により印加された電圧に応じた量の発熱が行われる。
【０１０５】
被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３はそれぞれ、例えば、特に図示しないが、ポンプの駆動源としてのモータと、当該モータを駆動するモータドライバとを含んで構成されており、モータドライバは、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力又は直流電力に変換してモータに印加する。モータは、印加された電圧に応じた回転数で回転し、ひいては、印加された電圧に応じた力が被処理流体や冷却媒体に加えられる。
【０１０６】
入力部１３１は、ユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を制御部１２３に出力する。例えば、入力部１３１は、反応装置１００の駆動開始操作、駆動停止操作、温度設定や流量制御に係る各種のパラメータの設定操作を受け付け、操作に応じた信号を出力する。入力部１３１は、例えば、各種スイッチを含んだ制御パネルやキーボードにより構成されている。
【０１０７】
制御部１２３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を備えたコンピュータにより構成されている。制御部１２３は、温度検出部１２７や入力部１３１からの信号に基づいて、放電制御部１２５、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３に制御信号を出力する。
【０１０８】
例えば、制御部１２３は、入力部１３１から反応装置１００の駆動開始操作に応じた信号が入力された場合には、電極１５への電力の供給を開始するように放電制御部１２５に制御信号を出力し、入力部１３１から反応装置１００の駆動停止操作に応じた信号が入力された場合には、電極１５への電力の供給を停止するように放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【０１０９】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、電極１５へ供給する電力を、通常運転時に供給する電力よりも増加させるように、放電制御部１２５に制御信号を出力し、プラズマ発生体１が目標温度に到達した場合には、電極１５へ供給する電力を通常運転時に供給する電力に維持するように、放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【０１１０】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、ヒータ２１へ電力を供給し、又は、ヒータ２１へ供給する電力を増加させるように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。そして、プラズマ発生体１が目標温度に到達した場合には、ヒータ２１へ供給する電力を減少させ、又は、ヒータ２１への電力の供給を停止するように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。
【０１１１】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度、あるいは、プラズマ発生体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の目標温度とを比較し、検出された温度が目標温度よりも高い場合には冷却媒体の流速を高く、低い場合には冷却媒体の流速を低くするように、冷却媒体用ポンプ１１３へ制御信号を出力する。
【０１１２】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、被処理流体の流速を低く、達したと判定した場合は、被処理流体の流速を高くするように、被処理流体用ポンプ１０９へ制御信号を出力する。
【０１１３】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の温度範囲とを比較し、検出された温度が設定された温度範囲を超えた場合には、不図示の表示装置やスピーカ等の報知部に、異常の発生を報知するように制御信号を出力する。
【０１１４】
以上の第２の実施形態によれば、反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１と、放電空間５に被処理流体を供給する供給管１０５と、放電空間５でプラズマ発生を行なって被処理流体を化学変化させた反応流体を排出するための排出管１０７とを備えているから、第１の実施形態と同様に、プラズマ発生体１の耐久性の向上やプラズマ発生体１の小型化の効果が得られ、ひいては、反応装置１００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光源装置２００の構成を示す断面図である。
なお、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
【０１１６】
光源装置２００は、第１の実施形態と同様の構成のプラズマ発生体１′を備え、プラズマ発生体１′により発生したプラズマを利用して発光する光源装置として構成されている。光源装置２００は、例えば、蛍光灯、水銀ランプ、ナトリウムランプとして構成されている。なお、以下では、光源装置２００のうち、プラズマ発生体１′以外の部分を、光源装置本体部２０１ということがある。
【０１１７】
第３の実施形態のプラズマ発生体１′は、複数の電極１５が、基体３′の外部に設けられた電極用導電路２０７により互いに接続されている点で、第１の実施形態のプラズマ発生体１と相違する。なお、電極用導電路２０７は、プラズマ発生体１′に設けられていてもよいし、光源装置本体部２０１に設けられていてもよい。第１の実施形態のプラズマ発生体１が第３の実施形態に用いられてもよい。
【０１１８】
また、第１の実施形態では、基体３の表面の反射率については特に言及しなかったが、第３の実施形態の基体３′は、放電空間５を形成する面、若しくは、基体３′の外周面（図１の第１〜第６の面Ｓ１〜Ｓ６）の少なくとも一部、又は、これら双方を含む基体３′の表面全体が鏡面加工されており、反射率が比較的高くされている。例えば、反射率は５０％以上が好ましい。このような基体３′を構成する誘電体の材料としては、白色系のものがよく、例えば、アルミナセラミックスやジルコニアセラミックス、コージェライトセラミックス、イットリアセラミックスが挙げられる。特に、プラズマ発生体１′が紫外光や近紫外光を発生する場合、アルミナセラミックスやジルコニアセラミックス、コージェライトセラミックス、イットリアセラミックスは、紫外光や近紫外光の反射率が高いとともに、紫外光や近紫外光に対して劣化することも抑制できる。
【０１１９】
好適には、基体３′を構成する誘電体は、放電空間５に露出した表面において、結晶相の面積率がガラス相の面積率よりも高い方がよい。この構成により、放電空間５内で発生したプラズマによって基体３′がエッチングされるのを有効に防止できる。すなわち、放電空間５に露出した誘電体の表面は、非常に結合力の高い共有結合で結合した結晶相の割合を高めることによって、プラズマによるエッチングに対して抵抗力を有することとなる。よって、放電空間にエッチングされたセラミックの微粉が飛散するのを有効に防止でき、その結果、光源の波長が均一な単一光を安定して得ることができる。
【０１２０】
なお、プラズマ発生体１′の他の構成は、プラズマ発生体１と同様である。図１では放電空間５を３層とし、図６では放電空間５を４層としているが、これらは、いずれも説明の便宜上の例示に過ぎない。
【０１２１】
光源装置本体部２０１は、プラズマ発生体１′を収容するとともに、プラズマ発生体１′により発せられる光を放出可能な透光部２０９ａを有する筐体２０９を備えている。透光部１０９ａは、筐体２０９の一部に設けられ、光源装置２００の光は所定方向に放出される。すなわち、光源装置２００は、指向性を有する光源として構成されている。ただし、光源装置２００は、筐体２０９の大部分又は全面に亘って透光部２０９ａが設けられ、指向性を有しない光源として構成されてもよい。
【０１２２】
指向性を有するように形成された筐体２０９は、プラズマ発生体１′を収容し、遮光性を有する気密容器２０３と、気密容器２０３の開口部２０３ａを塞ぐ透光部材２０５とを備えている。すなわち、気密容器２０３と、透光部材２０５とにより、筐体２０９全体が構成され、開口部２０３ａと透光部材２０５により透光部２０９ａが構成されている。
【０１２３】
筐体２０９は、密閉空間ＳＰを形成するように構成されている。密閉空間ＳＰには、プラズマが生成されるガスが封入されている。密閉空間ＳＰに封入されるガスは、例えば、光源装置２００が蛍光灯であれば、水銀粒を含む、２００〜３００Ｐａ程度のアルゴンの希薄ガスであり、光源装置２００が水銀ランプであれば、水銀蒸気であり、光源装置２００がナトリウムランプであれば、ネオンやアルゴンガスが混入された０．５Ｐａ程度のナトリウム蒸気である。
【０１２４】
プラズマ発生体１′は、密閉空間ＳＰに放電空間５の開口方向が透光部２０９ａに向くように配置されている。気密容器２０３は、例えば、絶縁性の適宜な材料により構成されている。例えば、セラミックにより構成されている。透光部材２０５は、例えば、透光性及び絶縁性を有する適宜な材料により構成されている。例えばガラスにより構成されている。なお、光源装置２００が蛍光灯である場合には、透光部材２０５には蛍光塗料が塗布されている。
【０１２５】
筐体２０９の内部には、光を反射可能な反射部２１１が設けられている。反射部２１１は、例えば、セラミックからなる気密容器２０３の内面を鏡面加工することにより、形成されている。あるいは、気密容器２０３の内面に鏡を配置するなど、筐体２０９の内部の適宜な位置に反射部材を設けることにより形成されている。反射部２０９ｂの反射率は、例えば５０％以上である。
【０１２６】
なお、光源装置本体部２０１は、第２の実施形態の反応装置本体部１０１と同様に、図４に示した、プラズマ発生体１′に冷却媒体の供給等を行う冷媒源１１１、流動管５０、冷却媒体用ポンプ１１３を備えていてもよい。また、光源装置本体部２０１の電気系の構成は、図５に示した第２の実施形態の反応装置本体部１０１の電気系の構成に対して、被処理流体用ポンプ１０９が不要な以外は、同様である。
【０１２７】
以上の構成を有する光源装置２００では、電極用導電路２０７に交流電力が供給されてプラズマ発生体１の放電空間５でプラズマが発生すると、励起された原子が光を発生し、その光が透光部２０９ａから出射する。光源装置２００は、例えば、一般的な屋内照明あるいは屋外照明として利用されてもよいし、露光装置の光源として利用されてもよい。
【０１２８】
以上の第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様のプラズマ発生体１′と、該プラズマ発生体を収容するとともに、放電空間５におけるプラズマ発生により発せられる光を放出するための透光部２０９ａを有する筐体２０９とを備えているから、第１の実施形態と同様に、プラズマ発生体１′の耐久性の向上やプラズマ発生体１′の小型化の効果が得られ、ひいては、光源装置２００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。
【０１２９】
また、基体３′が一部材として形成され、界面がないので、光が界面に進入して光強度が低下することも抑制できる。
【０１３０】
筐体２０９内に前記放電空間におけるプラズマ発生により発せられる光を反射する反射部２１１が設けられていることから、筐体２０９の内側面のうち透光部２０９ａ以外の面に入射する光を反射して、透光部２０９ａからより高い光量で光を出射することができる。
【０１３１】
また、基体３′も反射部として機能していることから、放電空間５において生じた光が放電空間５を形成する面で吸収されることを抑制し、放電空間５から効率よく光を出射することができ、また、筐体２０９内の光が基体３′の外形を形成する面に吸収されることを抑制し、透光部２０９ａからより高い光量で光を出射することができる。
【０１３２】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施してよい。
【０１３３】
プラズマ発生体は、電極に電圧を印加して放電空間における放電によりプラズマを発生させるものであればよく、いわゆる高周波放電によりプラズマを発生させるものに限定されない。例えば、対向する電極に直流電圧を印加して放電を行う直流放電によりプラズマを発生させるものであってもよいし、電極に比較的低周波の交流電圧（例えば、５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚの交流電圧）を印加する低周波放電によりプラズマを発生させるものであってもよいし、周波数が非常に高い交流電圧（例えば、１ＧＨｚ以上の交流電圧）を電極に印加するマイクロ波放電によりプラズマを発生させるものであってもよい。
【０１３４】
電極は、互いに対向する一対の電極を構成するもの、いわゆるコンデンサ形式のものに限定されず、コイル形式のものであってもよい。電極は、放電空間の外部に配置されるものに限定されず、放電空間の内部に配置されるものであってもよい。電極は基体に埋設されるものに限定されず、基体から露出するものであってもよい。基体が誘電層の積層体により形成される場合、電極は誘電層に平行に設けられるものに限定されず、誘電層に対して適宜な位置に設けられてよい。図７及び図８に変形例を例示する。
【０１３５】
図７（ａ）は、基体３０１に形成された放電空間３０３の内部に、一対の電極３０５が設けられたプラズマ発生体３００を示す側面図である。基体３０１は、例えば、第１の実施形態と同様に、複数の誘電層が積層されて構成される。電極３０５は、例えば、誘電層のうち放電空間３０３を形成する面（第１の実施形態でいえば、第４誘電層３１Ｄの凹部３３Ｄの底面、第６誘電層３１Ｆの凹部３３Ｆの底面）に導電ペーストが配置され、積層した誘電層が焼成されることにより、形成される。
【０１３６】
図７（ｂ）は、基体３１１に形成された放電空間３１３の外部に、立体的なコイル状の電極３１５が設けられたプラズマ発生体３１０を、基体３１１を透視して示す斜視図である。基体３１１は、例えば、第１の実施形態と同様に、複数の誘電層が積層されて構成される。電極３１５のうち、誘電層に平行な平行部３１５ａは、例えば、第１の実施形態の電極１５と同様に、誘電層の互いに重ね合わされる面に導電ペーストが配置され、積層した誘電層が焼成されることにより、形成される。電極３１５のうち、誘電層を貫通する貫通部３１５ｂは、例えば、第１の実施形態の電極用導電路２５の直交部２５ａと同様に、誘電層に形成された孔部に導電ペーストが充填され、積層した誘電層が焼成されることにより、形成される。
【０１３７】
図７（ｃ）は、基体３２１に形成された放電空間３２３の内部に、立体的なコイル状の電極３２５が設けられたプラズマ発生体３２０を、基体３２１を透視して示す斜視図である。基体３２１は、例えば、第１の実施形態と同様に、複数の誘電層が積層されて構成される。電極３２５は、例えば、誘電層のうち放電空間３２５を形成する面（第１の実施形態でいえば、第４誘電層３１Ｄの凹部３３Ｄの底面及び側面、第５絶縁層３１Ｅの分割層３１Ｅ−１、３１Ｅ−２の対向面、第６誘電層３１Ｆの凹部３３Ｆの底面及び側面）に導電ペーストが配置され、積層した誘電層が焼成されることにより、形成される。
【０１３８】
図８（ａ）は、基体３３１に形成された放電空間３３３の内部に、平面的なコイル状の電極３３５が設けられたプラズマ発生体３３０を、基体３３１を透視して示す斜視図である。基体３３１は、例えば、第１の実施形態と同様に、複数の誘電層が積層されて構成される。電極３３５は、誘電層のうち放電空間３３５を形成する面（第１の実施形態でいえば、第４誘電層３１Ｄの凹部３３Ｄの底面）に導電ペーストが配置され、積層した誘電層が焼成されることにより、形成される。
【０１３９】
図８（ｂ）は、図７（ａ）と同様に、基体３４１に形成された放電空間３４３の内部に、対向する一対の電極３４５が設けられたプラズマ発生体３４０を示す側面図である。基体３３１は、例えば、第１の実施形態と同様に、第１誘電層３４７Ａ、第２誘電層３４７Ｂ（以下、単に「誘電層３４７」といい、これらを区別しないことがある。）が積層されて構成されている。電極３４１は、誘電層３４７に対して直交するように設けられている。すなわち、電極３４１は、誘電層３４７に平行に設けられていない。電極３４１は、例えば、誘電層のうち放電空間３３５を形成する面に導電ペーストが配置され、積層した誘電層が焼成されることにより、形成される。
【０１４０】
放電空間の形状、大きさは適宜に設定されてよく、直方体状に限定されない。例えば円柱形状であってもよい。放電空間は一つであってもよい。放電空間が複数の場合、形状、大きさ、間隔は互いに同一でなくてもよい。例えば、放熱が困難な位置側の放電空間同士の間隔を、他の位置の放電空間同士の間隔よりも大きくしてもよい。また、複数の放電空間と交互に電極が設けられる場合、複数の電極間の間隔は均等でなくてよいし、電極と放電空間との間隔も均等でなくてよい。
【０１４１】
プラズマ発生体の基体に形成された流路は、適宜な形状としてよい。例えば、流路は、分岐していてもよい。例えば、第１の実施形態において、流入用接続管９Ａから延びた流路１７が複数の電極冷却部１７ａに分岐して、その後、電極冷却部１７ａを通過後に合流して流出用接続管９Ｂまで延びるようにしてもよい。換言すれば、第１の実施形態においては複数の電極冷却部１７ａが直列に接続されたのに対し、複数の電極冷却部１７ａが並列に接続されるように流路１７を分岐させてもよい。この場合、複数の電極を均一に冷却できる。
【０１４２】
また、流路は、平面的に延びていてもよいし、立体的に延びていてもよい。流路は、蛇行するものに限定されず、渦巻状に延びてもよい。流路は、基体内部で循環していてもよい。換言すれば、基体外部に連通していなくてもよい。流路は、実施形態のように１つに限定されず、適宜な数だけ設けてよい。
【０１４３】
図９（ａ）は、流路の変形例を示す平面図である。流路３５２は、電極３５１に沿って蛇行して延びている。流路３５２は、電極３５１の中央部に位置する流路中央部３５２ａの断面積が、電極３５１の外周部に位置する流路外周部３５２ｂの断面積よりも大きくなるように形成されている。従って、高熱化しやすい電極３５１の中央部を重点的に冷却し、電極３５１全体の冷却を効率的に行うことができる。また、電極３５１は中央に電力が集中し易いところ、冷却媒体の誘電率が基体３の誘電率よりも低く、流路３５２が放電空間と電極３５１との間において延びていれば、電極３５１を被覆している誘電体の中央側の誘電率を外周側よりも低くして、電圧を均一化させ、放電を好適に行うことができる。なお、一例として、冷却媒体として利用可能な水の比誘電率は８０程度であり、基体（誘電体）の材料として利用可能なセラミックは、水の比誘電率よりも低い比誘電率のものから比誘電率が１万程度のものまで存在する。
【０１４４】
図９（ｂ）は、流路の他の変形例を示す平面図である。流路３６２は、電極３６１に沿って蛇行して延びている。流路３６２の断面積は一定である。流路３６２は、電極３６１の中央部に位置する流路中央部３６２ａ同士の間隔が、電極３６１の外周部に位置する流路外周部３６２ｂ同士の間隔よりも小さくなるように形成されている。従って、図９（ａ）の変形例と同様の効果が得られる。
【０１４５】
なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）は組み合わされてもよい。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示した変形例においても、電極は平面状のものに限定されない。例えば、図７（ｂ）に示した立体的なコイル状のものであっても、図７（ｂ）の紙面上方側から平面視したときに、流路のうち電極の中央部に位置する部分と電極の外周部に位置する部分との間で、断面積や流路間隔に上記の関係が成立すればよい。
【０１４６】
図９（ｃ）は、流路の更に他の変形例、具体的には、蛇行していない流路を示す平面図である。流路３７２は、電極３７１を囲むようにコイル状に延びている。このような流路３７２において、図９（ａ）や図９（ｂ）に示したように、電極３７１の中央部に位置する流路中央部３６２ａ同士の間隔が、電極３７１の外周部に位置する流路外周部３６２ｂ同士の間隔よりも小さくなるように形成されたり、流路中央部３７２ａの断面積が、流路外周部３７２ｂの断面積よりも大きくなるように形成されてもよい。
【０１４７】
流路を流れる流体は、冷却媒体に限定されない。例えば、比較的高温の流体を流路に流し、プラズマ発生体を放電に適した温度まで迅速に昇温させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生体の外観斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示す図。
【図３】図１のプラズマ発生体の形成方法を説明する図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る反応装置の構造的な構成を示す概念図。
【図５】図４の反応装置の電気系の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光源装置の構成を示す断面図。
【図７】プラズマ発生体の電極の変形例を示す図。
【図８】プラズマ発生体の電極の他の変形例を示す図。
【図９】プラズマ発生体の流路の変形例を示す図。
【符号の説明】
【０１４９】
１…プラズマ発生体、３…基体（誘電体）、５…放電空間、１５…電極、１７…流路。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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