(57)【要約】【課題】固体電解質からなる酸素マイナスイオン放出部材を加熱する際に、酸素マイナスイオンが放出される表面側の温度の方が低くなることを防止して、酸素マイナスイオンを良好に放出することができるようにする。【解決手段】固体電解質からなる酸素マイナスイオン発生部材１の酸素マイナスイオン放出部１ａを有する先端側の外周に、ハロゲンランプ２２を近接設置して酸素マイナスイオン放出部１ａを表面側から加熱することにより、酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（引出し電極７と反対側）よりも酸素マイナスイオンが放出される表面側（引出し電極７側）の方の温度を高くすることができるので、酸素マイナスイオンを安定して多数放出することができる。【選択図】      図１
2004296221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質からなる酸素マイナスイオン放出部材と、前記酸素マイナスイオン放出部材の酸素マイナスイオン放出側の表面と反対側の背面に付着した多数の微細孔を有する導電性の第１電極と、前記酸素マイナスイオン放出部材の表面側の前方に設けた多数の微細孔を有する導電性の第２電極と、前記酸素マイナスイオン放出部材を加熱する加熱手段と、真空状態とした前記酸素マイナスイオン放出部材の背面側に酸素ガスを導入する酸素ガス導入手段と、を備え、前記第１電極にマイナス極性の電圧を印加すると共に、前記第２電極側を前記第１電極側よりもプラス電位側に高い電位に設定し、前記加熱手段で前記酸素マイナスイオン放出部材を所定温度に加熱すると共に、真空状態の前記酸素マイナスイオン放出部材の背面側に前記酸素ガス導入手段により酸素ガスを導入することによって、前記酸素マイナスイオン放出部材中で酸素マイナスイオンを発生させ、発生した酸素マイナスイオンを、前記酸素マイナスイオン放出部材の表面側から前記第２電極の微細孔を通過させて前記第２電極の前方に放出する酸素マイナスイオン発生装置において、
前記加熱手段を、前記酸素マイナスイオン放出部材の外周近傍に近接して設けた、
ことを特徴とする酸素マイナスイオン発生装置。
【請求項２】
前記酸素マイナスイオン放出部材は円板状に形成されており、円筒状に形成された酸素マイナスイオン発生部材の一方の先端を封止するようにして一体的に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の酸素マイナスイオン発生装置。
【請求項３】
前記加熱手段は円環状の加熱ランプである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素マイナスイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素マイナスイオンを発生させる酸素マイナスイオン発生装置に関する。本発明に係る酸素マイナスイオン発生装置は、例えば磁気デバイスの酸化プロセス、あるいは半導体製造の酸化プロセスやレジスト剥離、あるいはディスプレイデバイス用の透明導電膜に対する酸化プロセス、あるいは化学分野での殺菌等に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、真空中に設置した導電性電極が付着された固体電解質からなる酸素マイナスイオン発生部材を加熱した状態で、酸素ガスを導入して前記電極に接地電位に対してマイナス（負電位）の電圧を印加することによって、酸素マイナスイオン発生部材から酸素のマイナスイオン（Ｏ−）を発生させる構成の酸素マイナスイオン発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、上記特許文献１における酸素マイナスイオン発生部材を加熱する加熱手段の他の例として、図２に示すような酸素マイナスイオン発生装置もある。
【０００４】
図２に示す酸素マイナスイオン発生装置１００は、先端側を封止する円板状の酸素マイナスイオン放出部１ａを有する円筒状の固体電解質からなる酸素マイナスイオン発生部材１を備えており、その基端側のツバ部１ｂが、イオン発生容器２の先端側開口部にＯリング３を介して密着保持されている。酸素マイナスイオン発生部材１として、この酸素マイナスイオン発生装置１００では固体電解質としてのアルミナ・カルシウム（（ＣａＯ）１２（Ａｌ２Ｏ３）７）を用いている。固体電解質からなる酸素マイナスイオン放出部１ａを有する酸素マイナスイオン発生部材１は多数の微細孔を有しており、酸素マイナスイオンの充填と透過を行うことができる。
【０００５】
酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（イオン発生容器２内側）には、導電性の金属からなる電極４が、液状ペーストを塗布焼成するかあるいは真空中で蒸着することによって付着されている。電極４は、０．５μｍ〜１μｍの厚みからなる白金、金、ランタン、マーガネットなどの金属で形成されており、多数の微細孔を有している。電極４には、導線５を介して直流電源６が接続されており、直流電源６から負極性（マイナス）の直流電圧が印加される。また、酸素マイナスイオン放出部１ａの電極４と反対側（表面側）の前方には、数ｍｍの隙間を設けて多数の微細孔を有する円板状の引出し電極７が支持部材８で支持されて設置されている。
【０００６】
引出し電極７は接地（グランド電位）されているので、酸素マイナスイオン放出部１ａの電極４の電位に対してプラス（正）電位となる。よって、酸素マイナスイオン放出部１ａで発生する負電荷の酸素マイナスイオンは、引出し電極７側に向けて放出される。なお、酸素マイナスイオン発生部材１の外側と引出し電極７を設置した空間は、高真空に保持された真空チャンバー２１内の一部を構成している。
【０００７】
酸素マイナスイオン発生部材１の内側には、その内側と数ｍｍの隙間を設けて円柱状の石英柱９が設置されており、石英柱９の先端側（酸素マイナスイオン放出部１ａ側）は酸素マイナスイオン放出部１ａと数ｍｍの隙間を有している。石英柱９の後端側は、真空容器２の後端側開口部にＯリング１０を介して密着保持されており、石英柱９の後端部はイオン発生容器２の外側に露出している。
【０００８】
石英柱９の後端部近傍には、ヒータ電源１１が接続されたハロゲンランプ１２が設置されており、ハロゲンランプ１２の周囲にはリフレクター１３が設置されている。リフレクター１３は、ヒータ電源１１からの通電によりハロゲンランプ１２が発熱して発せられる赤外光Ａが石英柱９の内周面で全反射を繰り返しながら伝達されて、酸素マイナスイオン放出部１ａの背面に形成した電極７表面に効率よく入射するような曲面形状に形成されている。
【０００９】
イオン発生容器２に設けた酸素ガス導入口２ａには、バルブ１４ａ、ガス流量調節器１５、バルブ１４ｂを有するガス導入配管１６介して酸素ボンベ１７が接続されている。また、イオン発生容器２に設けた排気口２ｂには、バルブ１８を有する排気配管１９を介して排気ポンプ２０が接続されている。
【００１０】
従来例における酸素マイナスイオン発生装置１００は上記のように構成されており、酸素マイナスイオンを発生させる際には、ヒータ電源１１からの通電によりハロゲンランプ１２を発熱させる。そして、発熱によってハロゲンランプ１２から輻射された赤外光Ａはリフレクター１３の内面で反射して、石英柱９の内周面で全反射を繰り返しながら伝達されて酸素マイナスイオン放出部１ａの背面に形成した電極４に効率よく入射し、電極４と共に酸素マイナスイオン放出部１ａを加熱する。この加熱によって酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側は８００℃程度となる。
【００１１】
この際、排気ポンプ２０を駆動してイオン発生容器２内を真空排気した状態から、酸素ボンベ１７からガス流量調節器１５で流量調整しながら酸素ガス導入口１ａを通してイオン発生容器２内に、酸素ガスを約１００〜１０００ｓｃｃｍ程度の流量で導入し、イオン発生容器２内を１．３×１０２Ｐａ程度に設定する。
【００１２】
上記の条件によって、イオン発生容器２内に導入された酸素ガスが電極４を通して、固体電解質としてのアルミナ・カルシウムからなる酸素マイナスイオン放出部１ａ内に充填される。酸素マイナスイオン放出部１ａ内では、酸素の大部分はＯ２−として存在しているが、酸素マイナスイオン放出部１ａが加熱されることによって、酸素マイナスイオン放出部１ａ内に充填された酸素（Ｏ２）に電子が１個付与されてＯ２−からＯ−に変換される。
【００１３】
この状態で、直流電源６から負極性（マイナス）の直流電圧を導線５を介して電極４に印加することによって酸素マイナスイオン放出部１ａ中に電界が形成され、酸素マイナスイオン（Ｏ−）が背面側から表面（引出し電極７側）にイオン伝導で移動する。そして、酸素マイナスイオン放出部１ａの表面に移動した酸素マイナスイオン（Ｏ−）は前方（引出し電極７側）に向けて真空中に放出され、引出し電極７に設けた多数の微細孔を通過して真空チャンバー２１内に放出される。
【００１４】
このようにして取り出された酸素マイナスイオン（Ｏ−）は、磁気デバイスの酸化プロセス、あるいは半導体製造の酸化プロセスやレジスト剥離、あるいはディスプレイデバイス用の透明導電膜に対する酸化プロセス、あるいは化学分野での殺菌等に用いることができる。
【００１５】
【特許文献１】
特願２００２−１７１６３１号（図１）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図２に示した従来の酸素マイナスイオン発生装置１００は、ハロゲンランプ１２と石英柱９によって酸素マイナスイオン発生部材１の内周側から酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（引出し電極７と反対側）を加熱する構成であるが、このような構成では酸素マイナスイオン放出部１ａの厚み（数ｍｍ）を通してその表面側に熱が伝わることによって熱損失が生じ、酸素マイナスイオン放出部１ａの表面側（引出し電極７側）の温度はその背面側よりも大幅に低くなる（例えば約２００℃低下）。
【００１７】
このように、酸素マイナスイオンが放出される酸素マイナスイオン放出部１ａの表面側（引出し電極７側）の温度の方が低くなると、酸素マイナスイオン放出部１ａから酸素マイナスイオンが放出され難くなり、場合によっては酸素マイナスイオン放出部１ａから酸素マイナスイオンがほとんど放出されなくなるという問題があった。
【００１８】
つまり、酸素ガスの供給側である酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側の方の温度が高くなると、酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（酸素ガス供給側）がその表面側（引出し電極７側）に比較して酸素マイナスイオン（Ｏ−）が少なくなる。即ち、酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（酸素ガス供給側）がその表面側（引出し電極７側）に対してプラス（正）電位となる。
【００１９】
図２に示した従来の酸素マイナスイオン発生装置１００を使用して酸素マイナスイオンが放出されなかったときにおいて、酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（酸素ガス供給側）の電圧を測定したところ、＋０．２Ｖとなっていた。つまり、酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（酸素ガス供給側）がその表面側（引出し電極７側）に対してプラス（正）電位となるために、酸素マイナスイオン放出部１ａの表面側（引出し電極７側）にイオン伝導できなくなり、酸素マイナスイオン（Ｏ−）が放出されなくなる。
【００２０】
そこで本発明は、固体電解質からなる酸素マイナスイオン放出部材を加熱する際に、酸素マイナスイオンが放出される酸素マイナスイオン放出部材の表面側（引出し電極側）の温度の方が低くなることを防止して、酸素マイナスイオンを良好に放出することができる酸素マイナスイオン発生装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、固体電解質からなる酸素マイナスイオン放出部材と、前記酸素マイナスイオン放出部材の酸素マイナスイオン放出側の表面と反対側の背面に付着した多数の微細孔を有する導電性の第１電極と、前記酸素マイナスイオン放出部材の表面側の前方に設けた多数の微細孔を有する導電性の第２電極と、前記酸素マイナスイオン放出部材を加熱する加熱手段と、真空状態とした前記酸素マイナスイオン放出部材の背面側に酸素ガスを導入する酸素ガス導入手段と、を備え、前記第１電極にマイナス極性の電圧を印加すると共に、前記第２電極側を前記第１電極側よりもプラス電位側に高い電位に設定し、前記加熱手段で前記酸素マイナスイオン放出部材を所定温度に加熱すると共に、真空状態の前記酸素マイナスイオン放出部材の背面側に前記酸素ガス導入手段により酸素ガスを導入することによって、前記酸素マイナスイオン放出部材中で酸素マイナスイオンを発生させ、発生した酸素マイナスイオンを、前記酸素マイナスイオン放出部材の表面側から前記第２電極の微細孔を通過させて前記第２電極の前方に放出する酸素マイナスイオン発生装置において、前記加熱手段を、前記酸素マイナスイオン放出部材の外周近傍に近接して設けたことを特徴としている。
【００２２】
また、前記酸素マイナスイオン放出部材は円板状に形成されており、円筒状に形成された酸素マイナスイオン発生部材の一方の先端を封止するようにして一体的に設けられていることを特徴としている。
【００２３】
また、前記加熱手段は円環状の加熱ランプであることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係る酸素マイナスイオン発生装置を示す概略断面図である。なお、図２に示した従来の酸素マイナスイオン発生装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る酸素マイナスイオン発生装置３０は、図１に示すように、円筒状の酸素マイナスイオン発生部材１の酸素マイナスイオン放出部１ａがある先端側の外周に、酸素マイナスイオン発生部材１の外表面と数ｍｍの隙間を設けてリング状のハロゲンランプ２２が設置されている。ハロゲンランプ２２の側面及び背面の周囲にはリフレクター２３が設置されており、ハロゲンランプ２２とリフレクター２３は支持部材２４でイオン発生容器２に支持されている。
【００２７】
本実施の形態においても、円筒状の酸素マイナスイオン発生部材１及びその先端側に一体に設けた円板状の酸素マイナスイオン放出部１ａは、固体電解質としてのアルミナ・カルシウム（（ＣａＯ）１２（Ａｌ２Ｏ３）７）で形成されている。
【００２８】
なお、本発明の実施の形態に係る酸素マイナスイオン発生装置３０では、図２に示した従来の酸素マイナスイオン発生装置のような、酸素マイナスイオン発生部材１の内側から酸素マイナスイオン放出部１ａを加熱するハロゲンランプと石英柱は有していない。他の構成は図２に示した従来の酸素マイナスイオン発生装置と同様である。
【００２９】
また、酸素マイナスイオン発生部材１の酸素マイナスイオン放出部１ａが位置する外周上、又は酸素マイナスイオン放出部１ａの少し前方の外周上にリング状のハロゲンランプ２２を設置する構成にすると、円板状の酸素マイナスイオン放出部１ａの表面側（引出し電極７側）の温度をより効果的に上げることができるが、ハロゲンランプ２２が引出し電極７に近接することによって、引出し電極７が必要以上に加熱される。よって、本実施の形態では、図１のように、ハロゲンランプ２２を、酸素マイナスイオン放出部１ａの少し後方側（引出し電極７と反対側）に位置する酸素マイナスイオン発生部材１の外周に近接して設置した。
【００３０】
上記構成の本実施の形態に係る酸素マイナスイオン発生装置３０は、酸素マイナスイオン発生部材１の酸素マイナスイオン放出部１ａと基端側のツバ部１ｂ間の長さ：１００ｍｍ、酸素マイナスイオン放出部１ａの厚み：３ｍｍ、酸素マイナスイオン放出部１ａの直径：２３ｍｍ、ハロゲンランプ２２の直径：１０ｍｍ、ハロゲンランプ２２の出力：１６０Ｗ〜３００Ｗ、ハロゲンランプ２２の内周面と酸素マイナスイオン発生部材１表面間の隙間：３ｍｍ、電極４への印加電圧：−１００Ｖに設定されている。
【００３１】
本実施の形態における酸素マイナスイオン発生装置３０で酸素マイナスイオンを発生させる際には、ヒータ電源（不図示）からの通電によりハロゲンランプ２２を発熱させる。そして、発熱によってハロゲンランプ２２から輻射された赤外光はリフレクター２３で反射され、酸素マイナスイオン発生部材１の酸素マイナスイオン放出部１ａを有する先端付近を加熱する。酸素マイナスイオン発生部材１の外側に設けたリング状（円環状）のハロゲンランプ２２の発熱によって、酸素マイナスイオン放出部１ａの表面側が輻射によって効果的に均一に加熱される。この加熱によって酸素マイナスイオン放出部１ａの表面側は、酸素マイナスイオン発生温度である８００℃程度となる。
【００３２】
この際、排気ポンプ２０を駆動してイオン発生容器２内を１．３×１０−３Ｐａ程度に真空排気した状態から、酸素ボンベ１６からガス流量調節器１５で流量調整しながら酸素ガス導入口１ａを通してイオン発生容器２内に、酸素ガスを約１００〜１０００ｓｃｃｍ程度の流量で導入し、イオン発生容器２内を１．３×１０２Ｐａ程度に設定する。
【００３３】
この状態で、直流電源６から負極性（マイナス）の直流電圧（−１００Ｖ）を導線５を介して電極４に印加することによって酸素マイナスイオン放出部１ａ中に電界が形成され、酸素マイナスイオン（Ｏ−）が背面側から表面（引出し電極７側）にイオン伝導で移動する。そして、酸素マイナスイオン放出部１ａの表面に移動した酸素マイナスイオン（Ｏ−）は前方（引出し電極７側）に向けて真空中に放出され、引出し電極７に設けた多数の微細孔を通過して真空チャンバー２１内に放出される。
【００３４】
そして、上記構成の本実施の形態に係る酸素マイナスイオン発生装置３０によって発生する酸素マイナスイオンの放出量を、酸素マイナスイオンの放出量に応じて増減する電流によって測定したところ１２μＡ程度の値が得られ、酸素マイナスイオン放出部１ａの表面から酸素マイナスイオンが安定して多数放出されているのが確認された。
【００３５】
このように本実施の形態に係る酸素マイナスイオン発生装置３０では、酸素マイナスイオン発生部材１の酸素マイナスイオン放出部１ａを有する先端側の外周に、ハロゲンランプ２２を設置して酸素マイナスイオン放出部１ａを表面側から加熱することにより、酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（引出し電極７と反対側）よりも酸素マイナスイオンが放出される表面側（引出し電極７側）の方が温度が高くなることにより、酸素マイナスイオンを安定して多数放出することができる。
【００３６】
また、酸素マイナスイオン放出部１ａを加熱するハロゲンランプ２２を、酸素マイナスイオン放出部１ａの少し後方側（引出し電極７と反対側）に位置する酸素マイナスイオン発生部材１の外周に近接して設置することにより、小さいワット数のハロゲンランプ２２でも酸素マイナスイオン放出部１ａを酸素マイナスイオン発生温度で良好に加熱することができるので、小型のハロゲンランプ２２を用いることが可能となり、装置の小型化とコストの低減を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、酸素マイナスイオン放出部材の外周側に加熱手段を設置し、酸素マイナスイオン放出部材を酸素マイナスイオンが放出される表面側から加熱することにより、酸素マイナスイオン放出部材の背面側よりも酸素マイナスイオンが放出される表面側の方の温度を高くすることができるので、酸素マイナスイオンを安定して多数放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る酸素マイナスイオン発生装置を示す概略断面図。
【図２】従来例における酸素マイナスイオン発生装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
１        酸素マイナスイオン発生部材
１ａ      酸素マイナスイオン放出部（酸素マイナスイオン放出部材）
２        イオン発生容器
４        電極（第１電極）
６        直流電源
７        引出し電極（第２電極）
２２      ハロゲンランプ（加熱手段）
３０      酸素マイナスイオン発生装置
【図１】
2004296221.tif 000003
【図２】
2004296221.tif 000004