(57)【要約】【課題】酸素負イオン発生基材の側壁から発生する酸素負イオン（Ｏ−）を低減し、引出電極に向かって引出されるべき酸素負イオン（Ｏ−）の電流値の収量を増加させる酸素負イオン引出方法及び引出装置を提供することを課題とする。【解決手段】導電性の蒸着膜で形成された電極を内部に備えた固体電解質からなる酸素負イオン発生基材の周囲に設けたリフレクタを電気的に上記電極と同電位又はそれ以下の電位にするか、又はこのリフレクタを上記電極と電気的に絶縁するすることによって、酸素負イオンの電流値の収量を従来のものに比べて増加させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の蒸着膜で形成された電極を内部に備えた固体電解質からなる酸素負イオン発生基材の周囲にリフレクタを設け、真空中で上記内部に酸素ガスを供給するとともに、この酸素負イオン発生基材を加熱し、上記電極にマイナス電位を印加することによって、上記内部からイオン伝導により外表面に移動する酸素負イオンをこの外表面に対向して設けられた引出電極によって引出す酸素負イオン引出方法において、上記リフレクタを電気的に上記マイナス電位と同電位又はそれ以下の電位にすることを特徴する酸素負イオン引出方法。
【請求項２】
上記リフレクタを上記電極と電気的に独立した回路に接続することを特徴とする請求項１記載の酸素負イオン引出方法。
【請求項３】
導電性の蒸着膜で形成された電極を内部に備えた固体電解質からなる酸素負イオン発生基材の周囲にリフレクタを設け、真空中で上記内部に酸素ガスを供給するとともに、この酸素負イオン発生基材を加熱し、上記電極にマイナス電位を印加することによって、上記内部からイオン伝導により外表面に移動する酸素負イオンをこの外表面に対向して設けられた引出電極によって引出す酸素負イオン引出方法において、上記リフレクタを上記電極と電気的に絶縁することを特徴とする酸素負イオン引出方法。
【請求項４】
導電性の蒸着膜で形成された電極を内部に備えた固体電解質の酸素負イオン発生基材を備え、この酸素負イオン発生基材の周囲にリフレクタを設け、真空中で上記内部に酸素ガスを供給するとともに、この酸素負イオン発生基材を加熱し、上記電極にマイナス電位を印加することによって、上記内部からイオン伝導により外表面に移動する酸素負イオンをこの外表面に対向して設けられた引出電極によって引出すように構成された酸素負イオン引出装置において、電気的に上記マイナス電位と同電位又はそれ以下の電位のリフレクタを設けたことを特徴とする酸素負イオン引出装置。
【請求項５】
上記電極と電気的に独立した回路に接続されたリフレクタを設けたことを特徴とする請求項４記載の酸素負イオン引出装置。
【請求項６】
導電性の蒸着膜で形成された電極を内部に備えた固体電解質の酸素負イオン発生基材を備え、この酸素負イオン発生基材の周囲にリフレクタを設け、真空中で上記内部に酸素ガスを供給するとともに、この酸素負イオン発生基材を加熱し、上記電極にマイナス電位を印加することによって、上記内部からイオン伝導により外表面に移動する酸素負イオンをこの外表面に対向して設けられた引出電極によって引出すように構成された酸素負イオン引出装置において、上記リフレクタを支持するためのコネクタを、電気的絶縁手段を介して酸素負イオン引出装置に固定することを特徴とする酸素負イオン引出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中で固体電解質の酸素負イオン発生基材に酸素ガスを供給するとともに、加熱することによってに酸素負イオンを引出す酸素負イオン引出方法及び酸素負イオン引出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固体電解質の基材に導電性の膜を蒸着した電極を設け、この基材に酸素ガスを供給し、この基材を加熱するとともに、上記電極にマイナス電位を印加することによって、基材の上記電極を設けた面からイオン伝導により反対の面に移動する酸素負イオンを引出す方法は知られていた（例えば特許文献１及び非特許文献１参照。）。
【０００３】
以下、図４で上記従来の酸素負イオン引出方法を具体的に実施する酸素負イオン引出装置の実施例を示す。
【０００４】
１００は、酸素負イオン引出装置である。酸素負イオン引出装置１００に設けられる酸素負イオン発生基材１０１は、本実施例ではアルミナ・カルシウム等の固体電解質からなる有底筒状の形状としたが、円板状の形状等他の形状であってもよい。
【０００５】
この酸素負イオン発生基材１０１の開口部１０１ａの外周には鍔１０１ｂが形成されている。また、酸素負イオン発生基材１０１の内部底面には導電性の金属膜からなる電極１０１ｃが蒸着されている。
【０００６】
酸素負イオン引出装置１００は、真空排気のための仕切りバルブ１０２によって真空排気される隔離チャンバ１０３と、この隔離チャンバ１０３の内部を酸素ガス供給部１０３ａと酸素負イオン発生部１０３ｂとに仕切る取付けフランジ１０４とを備えている。
【０００７】
この取付けフランジ１０４には、酸素負イオン発生基材１０１を取り付ける取付け孔１０４ａが開口されている。酸素負イオン発生基材１０１は、取付け孔１０４ａに上記開口部１０１ａが酸素ガス供給部１０３ａ側に向くように挿入される。この取付け孔１０４ａには、酸素負イオン発生基材１０１が鍔１０１ｂで嵌合するように溝１０４ｂが形成されている。鍔１０１ｂとこの溝１０４ｂとの間に生じた空隙は、Ｏリング１０４ｃによって封止されている。
【０００８】
なお、この取付けフランジ１０４は電気的にグランド電位である。
【０００９】
酸素負イオン発生部１０３ｂには、酸素負イオン発生基材１０１の側壁を間隔を置いて取り囲むようにヒータ１０５が設けられている。このヒータ１０５の周囲には、酸素負イオン発生基材１０１以外への熱輻射を遮蔽するためのリフレクタ１０５ａが、ブラケット１０５ｂを介して取り付けフランジ１０４に固定されている。
【００１０】
また、酸素負イオン発生部１０３ｂには、酸素負イオン発生基材１０１の底壁外表面に対向して引出電極１０６が取付支柱１０６ａを介して取り付けフランジ１０４に固定されている。
【００１１】
図示しない外部電源からヒータ１０５に通電すると、ヒータ１０５から輻射された熱は、リフレクタ１０５ａが作用し、酸素負イオン発生基材１０１の壁面とともに電極１０１ｃを加熱する。
【００１２】
このとき、隔離チャンバ１０３の外部からガス導入系１０７によって酸素ガス供給部１０３ａに酸素ガスが供給されると、酸素負イオン発生基材１０１の開口部１０１ａから内部に供給された酸素ガスが、上記電極１０１ｃを通過し、酸素負イオン発生基材１０１内に充填される。この酸素負イオン発生基材１０１内に充填される酸素は固体電解質内部において、そのほとんどがＯ２−として存在するが、上記加熱によってＯ−に変換される。
【００１３】
この状態で図示されていないグランド電位に設置された直流電源からマイナスの電圧を電流導入端子１０８ａから導線１０８ｂを介して電極コネクタ１０８に接続された電極１０１ｃに印加すると、上記加熱によって変換された酸素負イオン（Ｏ−）は、イオン伝導により、酸素負イオン発生基材１０１の底壁の内表面から外表面に移動する。
【００１４】
前記引出電極１０６をこの表面よりもプラスの電位勾配にすることにより、表面と引出電極１０６との間に電界が形成され、この表面に移動した上記酸素負イオン（Ｏ−）は、この表面から電気力線に沿って引出電極１０６により引出される。
【００１５】
なお、上記酸素負イオン（Ｏ−）は、引出電極１０６の噴射孔（図示せず）から、取付けポート１０９によってこの酸素負イオン引出装置を取り付けた真空チャンバ２００内にイオンビームとして噴射され、半導体の酸化プロセスやディスプレイデバイスの透明電導膜の酸化プロセス、あるいは化学分野における殺菌等に供される。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−２４８４８１号公報（第１頁−第５頁）
【００１７】
【非特許文献１】
定方正毅他３名、”Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｏ−  Ｒａｄｉｃａｌ  Ａｎｉｏｎｓ  ｆｒｏｍ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ”，  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ  ＯＦ  ＪＡＰＡＮ，  ２０００年，第３３巻，第３号，ｐ．５５７−５６０
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の酸素負イオン引出方法ならびに酸素負イオン引出装置では、酸素負イオン発生基材１０１の側壁からもイオン伝導によって酸素負イオン（Ｏ−）が発生し、グランド電位であるリフレクタ１０５ａと上記側壁との間に形成された電界によってリフレクタ１０５ａにも酸素負イオン（Ｏ−）が引出されていた。
【００１９】
このため、生成される酸素負イオン（Ｏ−）の全体量に比べて、引出電極１０６に向かって引出される酸素負イオン（Ｏ−）の量が減少し、イオン電流値が少なくなるという不都合が生じていた。
【００２０】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、酸素負イオン発生基材１０１の側壁から発生する酸素負イオン（Ｏ−）を低減し、引出電極１０６に向かって引出される酸素負イオン（Ｏ−）の電流値の収量を増加させる酸素負イオン引出方法及び引出装置を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る酸素負イオン引出方法は、導電性の蒸着膜で形成された電極を内部に備えた固体電解質からなる酸素負イオン発生基材の周囲にリフレクタを設け、真空中で上記内部に酸素ガスを供給するとともに、この酸素負イオン発生基材を加熱し、上記電極にマイナス電位を印加することによって、上記内部からイオン伝導により外表面に移動する酸素負イオンをこの外表面に対向して設けられた引出電極によって引出す酸素負イオン引出方法において、上記リフレクタを電気的に上記マイナス電位と同電位又はそれ以下の電位にすることを特徴する。
【００２２】
この構成によれば、酸素負イオン発生基材の内部で発生した酸素負イオンは、リフレクタが電気的に上記電極と同電位又はそれ以下の電位に設定されているためリフレクタ側には引き出されることはなく、外表面と上記引出電極との間に形成された電界により、電気力線に沿って引出電極側に引き出される。
【００２３】
なお、上記リフレクタを上記電極と電気的に独立した回路に接続してもよい。
【００２４】
さらに、リフレクタを電気的に上記電極と同電位又はそれ以下の電位に設定する代わりに、リフレクタを上記電極と電気的に絶縁し、フローティングの状態にしてもよい。
【００２５】
また、上記課題を解決するために本発明に係る酸素負イオン引出装置は、導電性の蒸着膜で形成された電極を内部に備えた固体電解質の酸素負イオン発生基材を備え、この酸素負イオン発生基材の周囲にリフレクタを設け、真空中で上記内部に酸素ガスを供給するとともに、この酸素負イオン発生基材を加熱し、上記電極にマイナス電位を印加することによって、上記内部からイオン伝導により外表面に移動する酸素負イオンをこの外表面に対向して設けられた引出電極によって引出すように構成された酸素負イオン引出装置において、電気的に上記マイナス電位と同電位又はそれ以下の電位のリフレクタを設けたことを特徴とする。
【００２６】
なお、上記リフレクタを上記電極と電気的に独立した回路に接続する構成にしてもよい。
【００２７】
さらに、電気的に上記電極と同電位又はそれ以下の電位のリフレクタを設ける代わりに、上記リフレクタを支持するためのコネクタを、電気的絶縁手段を介して酸素負イオン引出装置に固定してもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１から図３に基づいて、本発明にかかる酸素負イオン引出方法を具体的に実施する酸素負イオン引出装置の実施形態を示す。
【００２９】
１は、酸素負イオン引出装置である。酸素負イオン引出装置１に設けられる酸素負イオン発生基材１１は、本実施形態ではアルミナ・カルシウム等の固体電解質からなる有底筒状の形状としたが、円板状の形状等他の形状であってもよい。
【００３０】
この酸素負イオン発生基材１１の開口部１１ａの外周には鍔１１ｂが形成されている。また、酸素負イオン発生基材１１の底壁内表面には導電性の金属膜からなる電極１１ｃが蒸着されている。この電極１１ｃを構成する金属膜は導電性を有するものであればよいが、例えば白金または金ならば０．５μｍから１μｍであることが望ましい。
【００３１】
酸素負イオン引出装置１は、真空排気のための仕切りバルブ１２によって真空排気される隔離チャンバ１３と、この隔離チャンバ１３の内部を酸素ガス供給部１３ａと酸素負イオン発生部１３ｂとに仕切る取付けフランジ１４とを備えている。
【００３２】
この取付けフランジ１４には、酸素負イオン発生基材１１を取り付ける取付け孔１４ａが開口されている。酸素負イオン発生基材１１は、取付け孔１４ａに上記開口部１１ａが酸素ガス供給部１３ａ側に向くように挿入される。この取付け孔１４ａには、酸素負イオン発生基材１１が鍔１１ｂで嵌合するように溝１４ｂが形成されている。鍔１１ｂとこの溝１４ｂとの間に生じた空隙は、Ｏリング１４ｃによって封止されている。
【００３３】
なお、この取付けフランジ１４は電気的にグランド電位である。ただし、周辺隔壁部を絶縁し、電気的にマイナス電位としてもよい。
【００３４】
酸素負イオン発生基材１１の内部には、開口部１１ａから長手方向に、円筒状のヒータ１５が挿入され、このヒータ１５の他端は、Ｏリング１３ｃを介して上記隔離チャンバ１３の外部に露出している。
【００３５】
なお、このヒータ１５は、例えば高融点材料製のケースの中にシースヒータが組み込まれている円筒状のものである。
【００３６】
酸素負イオン発生基材１１の周囲には、酸素負イオン発生基材１１以外への熱輻射を遮蔽するためのリフレクタ１６が、グランド電位の取り付けフランジ１４にブラケット１６ａ及び電気的絶縁手段１６ｄを介して固定されている。
【００３７】
このリフレクタ１６は、ヒータ１５によって高温になるため、インコネル等の耐熱材料が使用されている。
【００３８】
酸素負イオン発生部１３ｂには、酸素負イオン発生基材１１の底壁の外表面に対向して引出電極１７が設けられている。
【００３９】
なお、酸素負イオン発生基材１１の底壁の外表面と引出電極１７との間の間隔は、酸素負イオンが真空中で効果的に引出電極１７側に到達しえる距離であればよいが、その距離は２〜５ｍｍが望ましい。
【００４０】
図示しない外部電源からヒータ１５に通電すると、ヒータ１５から輻射された熱は、酸素負イオン発生基材１１の壁面とともに電極１１ｃを加熱する。
【００４１】
なお、酸素負イオン発生基材１１を加熱する温度範囲は、あまり低温では酸素負イオンのイオン伝導性が低下し、一方あまり高温では酸素負イオン発生基材１１を構成する固体電解質の構造が変化して破壊が生じやすくなる。
【００４２】
そのため、酸素負イオン発生基材１１がアルミナ・セメントで作製されている場合、加熱される温度範囲は、６００℃〜８００℃が望ましい。
【００４３】
上記加熱が行われたとき、隔離チャンバ１３の外部からガス導入系１８によって酸素ガス供給部１３ａに酸素ガスが供給される。
【００４４】
なお、この導入される酸素ガスは、マスフロコントローラで流量を制御しながらおよそ０．０１ｓｃｃｍ〜０．１ｓｃｃｍ程度導入するのが望ましい。また、酸素ガスの圧力は１．３×１０−３Ｐａに設定するのが望ましい。
【００４５】
上記酸素ガスは、酸素負イオン発生基材１１の開口部１１ａから内部に供給されると、酸素負イオン発生基材１１内に充填される。この酸素負イオン発生基材１１内に充填される酸素はほとんどがアルミナ・セメント内部において、そのＯ２−であるが、上記ヒータ１５による加熱によってＯ−に変換される。
【００４６】
この状態で図示されていないグランド電位に設置された直流電源からマイナスの電圧を、電流導入端子１９ａから導線１９ｂを介して電極コネクタ１９に接続された電極１１ｃに印加することにより、上記加熱によって変換された酸素負イオン（Ｏ−）は、イオン伝導により、酸素負イオン発生基材１１の底壁内表面から外表面に移動する。
【００４７】
ここで図１で示す実施形態１では、リフレクタ１６を電極１１ｃと同電位にするために、電流導入端子１９ａとリフレクタ１６とを絶縁物からなる電圧導入端子１６ｂを介して接続した。
【００４８】
この場合は、電極１１ｃに印加される電位と同じ電位が電圧導入端子１６ｂを介してリフレクタ１６に印加される。
【００４９】
また、図２で示す実施形態２では、リフレクタ１６を電極１１ｃと同電位又はそれ以下の電位にするために、電極１１ｃと独立した回路１６ｃにリフレクタ１６を接続した。
【００５０】
この場合は、電極１１ｃと同電位又はそれ以下の電位を独立した回路１６ｃに印加することによって、絶縁物からなる電圧導入端子１６ｂを介してリフレクタ１６の電位を電極１１ｃと同電位又はそれ以下の電位にすることができる。
【００５１】
さらに、図３で示す実施形態３では、リフレクタ１６を電気的絶縁手段１６ｄを介して取付フランジ１４に固定したのみの場合である。
【００５２】
この場合は、リフレクタ１６は取付フランジ１４と電気的に絶縁されるため、リフレクタ１６は電極１１ｃと絶縁される。
【００５３】
上記図１から図３で示したリフレクタ１６は、電気的に電極１１ｃと同電位のマイナス電位又はそれ以下の電位であるか、電極１１ｃと絶縁されているため、酸素負イオン発生基材１１の側壁の内部で生成された酸素負イオン（Ｏ−）は、上記側壁の内部から側壁の外部に移動し、リフレクタ１６に向かって引き出されることはない。
【００５４】
従って、酸素負イオン発生基材１１の側壁の内部で生成された上記酸素負イオン（Ｏ−）も、酸素負イオン発生基材１１の内部底面から、イオン伝導により底壁の外表面に移動するため、この表面よりもプラスの電位勾配を持つ引出電極１７によって真空中に引出される酸素負イオン（Ｏ−）の電流値の収量を従来のものに比べて増加させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、酸素負イオン発生基材の周囲に取り付けられたリフレクタを電気的にこの酸素負イオン発生基材の内部に設けられた電極と同電位のマイナス電位又はそれ以下の電位にし、あるいは上記電極と電気的に絶縁することによって、リフレクタ側には酸素負イオンはほとんど引き出されないので、イオンビームとして照射する酸素負イオンの電流値の収量を従来のものに比べて増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる酸素負イオン引出装置の実施形態１を示す図
【図２】本発明にかかる酸素負イオン引出装置の実施形態２を示す図
【図３】本発明にかかる酸素負イオン引出装置の実施形態３を示す図
【図４】従来の酸素負イオン引出装置の構成図
【符号の説明】
１      酸素負イオン引出装置
１１    酸素負イオン発生基材
１１ｃ  電極
１２    仕切りバルブ
１３    隔離チャンバ
１４    取付フランジ
１５    ヒータ
１６    リフレクタ
１６ａ  ブラケット
１６ｂ  絶縁物からなる電圧導入端子
１６ｃ  独立した回路
１６ｄ  電気的絶縁手段
１７    引出電極
１８    酸素ガス導入系
１９    電極コネクタ
１９ａ  電流導入端子
１９ｂ  導線
【図１】
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【図２】
2004156121.tif 000004
【図３】
2004156121.tif 000005
【図４】
2004156121.tif 000006