(57)【要約】【課題】信頼性のある耐久性を有し、安定的かつ均一なプラズマを発生させることができる性能を有することができ、各種システムが要求する位置に簡単かつ効率的に取付て稼動できるようにしたプラズマ反応器の提供。【解決手段】本発明は、プラス電極とマイナス電極及びスペーサを順次に積層して積層物を構成し、前記積層物は積層物の一側にのみ積層物を保持する反応器本体と、前記プラス電極とマイナス電極はスペーサにより気体が通過する通路を有するように交互に反復して配列され、前記プラス電極とマイナス電極には熱膨張・収縮等により局部的に熱応力が発生しないように防止し、熱衝撃性能を高めるために応力を分散させる変形防止手段を更に備え、前記反応器本体にはプラス及びマイナス電極に接続するための外部端子を備え、前記反応器本体の表面に積層物の積層方向と垂直方向に形成して、簡単にケースに固定することができる突出部を含むことを特徴とする。【選択図】  なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラス電極１０１とマイナス電極１０２及びスペーサ１０３を順次に積層して積層物１０４を構成し、前記積層物１０４は、積層物１０４の一側にのみ積層物１０４を保持する反応器本体１０５と、前記プラス電極１０１とマイナス電極１０２は、スペーサ１０３により気体が通過する通路１０６を有するように交互に反復して配列され、前記プラス電極１０１とマイナス電極１０２には熱膨張・収縮などによって局部的に熱応力が発生しないように防止し、熱衝撃性能を高めるために応力を分散させる変形防止手段１０７をさらに備え、前記反応器本体１０５にはプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に接続するための外部端子（１０８、１０９）を備え、前記反応器本体１０５の表面に積層物１０４の積層方向と垂直方向に形成して、簡単にケースに固定することができる突出部１１０を含むことを特徴とするプラズマ反応器。
【請求項２】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、導電性電極を内蔵し、隣接の反対極性のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）とは絶縁されているが、隣接の反対極性のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の間には電気的に同一の極性を有するように接続する垂直接続電極１１１を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項３】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、互いに垂直接続電極１１１で接続されて積層物１０４を固定する反応器本体１０５の表面に設けられる外部端子（１０８、１０９）に接続され、前記外部端子（１０８、１０９）は、パルスまたは交流電源に接続されて対向する反対極性のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に内蔵される導電性電極領域でプラズマを発生できるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項４】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、プラズマを発生させる領域の主電極部１１５をプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の全般に形成し、前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の積層部に具備される２つの垂直接続電極１１１と、前記２つの垂直接続電極１１１のうちの１つと主電極部１１５を接続させる水平接続電極１１６とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項５】
上記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、１つのグリーンシート（Green  Sheet）上の未焼成成形体に、導電性金属層を塗布して主電極部１１５と垂直接続電極１１１パターンを有するグリーンシートを準備し、前記２つのグリーンシートをラミネーション（Lamination）及び同時焼成（Co-firing）により主電極部１１５と垂直接続電極１１１を有するように製造されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項６】
前記スペーサ１０３は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と接合されて１つの積層物１０４を形成するように、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の積層部位と同一の形状を有するようにし、前記スペーサ１０３は、２つの反対極性を有する垂直接続電極１１１と、前記垂直接続電極１１１を除いた接合面１１９がプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と接合される両面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項７】
前記変形防止手段１０７は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の周縁に形成する隙間１２２（slit）または弧１２３であるのを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項８】
前記変形防止手段１０７は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の内部に形成する孔１２４（hole）であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項９】
前記変形防止手段１０７は、気体が通過する通路１０６まで拡張された形態のスペーサ１０３と、前記積層物１０４の内部に縮んだ形態のスペーサ１０３とが交互に配列されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項１０】
前記積層物１０４の積層物１０４の熱容量を減らしながら円滑な熱交換が可能にするために、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の主電極部１１５の幅１２５が垂直接続電極１１１の幅１２６より狭く、主電極部１１５と垂直接続電極１１１の接続部１２７は、気体の流れ通路に属するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項１１】
前記外部端子（１０８、１０９）は、気体が通過する通路１０６が形成されると同時にプラズマが発生する領域に属する面を除いた反応器本体１０５のある一面または他面に絶縁距離を有して位置していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項１２】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）には積層物１０４の垂直方向に過度な変形が発生しないようにその変形量を制限することができる自由端制限部１３０をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項１３】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、主電極部１１５と、前記主電極部１１５から引出される外部電極１３５を有する電極シート１３３と、外部端子孔１３６と引出孔１３７を有する接合シート１３４とで構成され、前記電極シート１３３と接合シート１３４は、外部電極１３５と外部端子孔１３６が一致するように対向して接合し、前記外部電極１３５には外部端子（１０８、１０９）の引出を端子ワイヤ１３８に接続し、前記端子ワイヤ１３８は、酸化防止のためにニッケルシート１４０を覆って構成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項１４】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）とスペーサ１０３の接合部位には、接合層と垂直方向に強度を高め、垂直接続電極１１１の位置と接合面１１９の位置の整列を容易にするために、補強柱１２０を挿入することができる柱孔１２１をさらに形成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項１５】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、導電性電極層または金属棒が内蔵されたチューブ型１４５に構成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項１６】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、平板型１４６とチューブ型１４５を混合して構成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項１７】
前記チューブ型１４５または平板型のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、垂直接続電極１１１を有する平板１５０を積層して設けられる反応器本体１０５に形成するチューブ孔１５１と電極孔１５２に反応器本体１０５の積層方向に対して垂直になるように挿入した後、反応器本体１０５とプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を同時に結合させることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のプラズマ反応器。
【請求項１８】
前記垂直接続電極１１１は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）面に対して垂直方向に貫通する１つ以上の導電孔１１７を含み、前記導電孔１１７に満たされる導電材１１８、または、前記導電孔１１７の内部表面に塗布する導電材１１８により導電孔１１７を含む２面の電極間の電気的接続を可能にすることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ反応器。
【請求項１９】
前記主電極部１１５に接続されていない垂直接続電極１１１は、隣接の反対電極を有するプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と垂直方向に電気的に接続して、絶縁された２つの反対極性のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の積層配列を実現できるようにすることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ反応器。
【請求項２０】
前記自由端制限部１３０は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の自由端部に制限物１３１を固定または接合することを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ反応器。
【請求項２１】
前記制限物１３１は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）が積層物１０４の水平方向に自由に膨張収縮を行うことができるように、制限物１３１の一面はプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の一面に固定または接合されて、他面は、離れた状態を維持することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ反応器。
【請求項２２】
前記制限物１３１は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の自由端部を貫通するホルダ１３２に接合または固定することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ反応器。
【請求項２３】
前記制限物１３１の高さは、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）間の間隔に対して０．９〜１．０倍であることが好ましく、その大きさは、プラズマ発生領域を妨害しない程度の大きさであることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ反応器。
【請求項２４】
前記制限物１３１は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に対して垂直方向に最も大きな変形量が予想され、気体の流れ、及びプラズマ発生の均一な放電を妨害しない部分に位置させることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ反応器（Stacked  Non-Thermal  Plasma  Reactor；NTPR）に関するもので、電気的に絶縁された高電圧電源が電極に接続されるように構成することにより、低電力を利用して安定的かつ均一なプラズマを発生させると同時に、プラズマ場が形成されている内部に簡単に気体が通過できる構造を有するプラズマ反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記プラズマ反応器は、自動車排気ガスの粒子状態または気体状態の有害物質を減少または除去させるシステムの一部として使用するか、または水にオゾンを溶解させる装置などでオゾンを発生させるために使用できるなど、その用途が広い。
【０００３】
ガソリンエンジンの限界点である熱効率の向上及び燃費減少のための方法として、ディーゼルエンジンが強力に進められており、使用者の好みにも合って、その需要が急激に増加することが予想されている。
【０００４】
上記のように、ディーゼルエンジンの使用の急増に伴い、多くの先進国では、ディーゼルエンジンの排気ガスの排出許容基準を強化し、ディーゼルエンジンから排出される有害物質を減らすために規制をかけている。このような規制は、ヨーロッパ及びアメリカを中心に次第に強化されていき、既存方式の後処理装置とは異なる新しい概念を持つ排気浄化装置が要求されている。
【０００５】
現在、低温プラズマ反応（NTP  Reaction）を利用した排気浄化システムが、NOxと粒子状態の物質（Diesel  Particulate  Matter）を同時に減少させることができ、プラズマ反応を利用した排気浄化システムが重要な技術として認められている。
【０００６】
また、大気中の酸素を低温プラズマ反応により活性化させてオゾンを発生し、水に溶解させるオゾン水の製造技術は、強い殺菌や洗浄作用を促進し、水の酸素溶解度を高めて溶存酸素量を増加させるなど様々な効果を有する。
【０００７】
このような効果を高めるためには、オゾン水のオゾン濃度を上げることが必須であるので、プラズマ反応器と溶解水との距離を短くする必要があり、溶解させた水に繰り返してオゾンを溶解させることから、多量の水分を含有する気体においても安定的なプラズマ反応が行われることが要求されている。
【０００８】
高温の熱源がなくても有害ガスを分解または酸化処理する技術である低温プラズマ工法は、高電圧交流電力を電気的誘電体で構成された反応器に供給することにより、常圧雰囲気で電子とイオンからなる低温プラズマを発生させ、ここで発生した一部のエネルギーの高い電子を利用して有害ガスと化学反応を起こすようにして有害ガスを処理している。
【０００９】
低温プラズマを利用した有害ガス処理技術としては、特許文献１、特許文献２と特許文献３などがある。
【００１０】
上記のような従来技術は、低温プラズマを発生させるためにパルス電力を使用したり、反応後に発生し得るガス状の２次汚染物質を減らし、反応効率を向上させるために、反応器に触媒または強誘電体ビーズ（Bead）を充填する技術を提示している。
【００１１】
しかし、上記の従来技術は、工程時に発生するエーロゾル（aerosol）形態の副産物が反応器や配管に付着して詰まりを起こしたり、反応器の電気的特性を悪化させて工程の連続化を妨害するので、上記の提示技術は殆ど商用化されていない。
【００１２】
これまでに提案された低温プラズマ工程に用いられた反応器は、大部分が円形のシリンダを一方の電極とし、シリンダ内に細線または小さな直径のチューブを他方の電極として使用する構造となっている。
【００１３】
このような形状の反応器は、既存の商用化された中大型オゾン発生装置に似ており、反応器内で発生する熱を外部に排出して運転温度を下げるのに有利であるが、処理するガスの流量に比べて反応器が大きくなるという欠点があった。
【００１４】
一方、プラズマ発生の原理を利用した小型オゾン発生装置においては、反応器内の電極が多層平板で構成されることがある。多層平板または多重セル電極は、広く知られている電極形状であって、最も大きな特徴は、円筒形シリンダ構造を有する反応器構造に比べて、反応器内で発生した熱が外部に伝達されにくく、運転温度が上昇することである。
【００１５】
多層平板または多重セル電極を有する反応器のこのような特性により、運転温度が上昇するほど有害ガスの除去率が上昇するか、または、反応器内に付着された副産物が酸化して除去される過程が促進される有害ガス除去工程に有利である。
【００１６】
しかし、比較的に綺麗な空気または酸素からオゾンを発生させるオゾン発生装置とは異なって、水分及び粒子状の物質が多量含まれている空気及び排出ガスを処理する有害ガス処理工程ではアーク放電が起こることがあり、円形シリンダ形状の反応器に致命的な破損が発生する可能性があるという問題点がある。
【００１７】
このため、水分及び粒子状の物質を含むガス内においても安定的に低温プラズマを発生させることができる多層平板または多重セル電極を備える低温プラズマ反応器が要求されている。
【００１８】
プラズマを発生させるための電極には、基本的に棒（線）対捧（線）、棒（線）対平板、平板対平板などがあり、アーク放電を起こすことなく、安定的なプラズマ放電を発生する方式としては、誘電体障壁（Barrier）の設計方式によってDBD（Dielectric  Barrier  Discharge）とPacked  Bed方式に分類できる。
【００１９】
プラズマ発生装置は、電力を一定水準以上に上昇させると、ガスの分解能力が飽和してしまい、これ以上のエネルギーを投入しても有害ガス処理能力が上がらず、電力消費が多くなる。
【００２０】
また、印加電圧を過度に上昇させると、プラズマ放電領域の内部に部分的に電子が集中して、アーク放電に移行する可能性が高く、効率が低下する。
【００２１】
従って、プラズマ発生のための誘電体電極を一定の間隔を有した多層で積層することにより、気体がプラズマに露出される反応領域を増加させ、排気ガスまたは反応気体の処理効率を向上させることができる。
【００２２】
このように、多層の誘電体電極を利用したプラズマ反応器は様々なメリットを有し、これらの構成及び製造に関する技術が多く提案されている。最も最近登録及び公開された多層の誘電体電極を利用したプラズマ反応器に関する技術としては、特許文献４と特許文献５などがある。
【００２３】
特許文献４では、電気電導性を有する電極がセラミック誘電体の内部に内在されて同時焼成により製造し、製造された誘電体電極などが互いに所定間隔の排気ガス通路（気体の流路）を有し、互いに反対極性の電極面が対向するように配列されてスペーサによって積層、接合される構造が提案されている。
【００２４】
ここで、同時焼成により製造される誘電体電極とスペーサが互いに接合する部分の中心に垂直に電気を通電させる通路を内部的に有していて、様々な使用環境、特に多量の水分及び粒子状の物質を含んでいる気体に露出される排気ガス環境下において絶縁信頼性を高め、安定的なプラズマの発生を可能にしている。
【００２５】
しかし、この発明は、内部的に良好に絶縁された電気的通路を有しているが、電極を内在するセラミック誘電体が対向する電極の垂直接続通路を同時に有しているので、互いに反対極性の２つの垂直接続積層物に同時に固定されるようになる。
【００２６】
これにより、気体流路を有して一定間隔で積層された誘電体電極は、気体の温度変化が激しい場合、例えば、自動車の排気ガス環境、高温焼却炉の排気ガス環境などにおいて、誘電体電極の個別的な熱膨張収縮を制限するため、局部的に非常に大きな熱応力に露出されて破壊される可能性がある。
【００２７】
電極を内在するセラミック誘電体を同時焼成により製造することにより、高電圧が印加される電極の絶縁方法は効果的であるが、これらを電気的に接続する電極接続線は、同時焼成温度と同じ条件で電気的接続および電気的絶縁を実現することができず、高価の白金電極を使用するしかなく、各電極などを一定の間隔で積層する温度及び雰囲気が、誘電体電極を製造する温度及び雰囲気と異なって、接合層間の熱的不均衡（Thermal  Mismatch）による局部的な熱変形応力が発生し、層分離が起こる可能性がある。
【００２８】
このように、上記技術は、プラズマ発生電極に印加される高電圧を安定的に制御して安定的にプラズマを発生させるために、各電極の外部を誘電体化し、高価の金属を使用して、該誘電体電極の電気的接続および電気的絶縁性を実現することを目的としたが、熱変化の激しい使用環境下において、誘電体の亀裂（Crack）、層分離（parting  line  gap、split  gap）が発生するおそれがあり、根本的な課題は解決することができなかった。
【００２９】
特許文献５では、温度変化の激しい使用環境、特に自動車用排気ガスまたは焼却炉の有害物質を除去する環境などにおいて、互いに対向する各誘電体電極を固定する１つの固定端部と反対側にもう１つの自由端部を設けて、熱膨張収縮などによる変形が自由になるようにすることで、局部的に発生し得る熱応力を低下させる改善を果たしたが、次のような根本的な問題点をかかえている。
【００３０】
上記の技術によりプラズマ反応器を完成するためには、構造物をケースに固定する面圧により多層プラズマ反応電極の固定端部が支持部材からなる積層物に固定されるが、これは分離層（parting  line  gap、split  gap）を最初から有することになる。
【００３１】
よって、最適の形状（ギャップ間の間隔、絶縁距離など）で反応器がケースに設置されても、プラズマ反応器とこれに面圧を加えるケース体が温度変化によって熱膨張・収縮を繰り返し、かつ、排気ガス圧力が持続、反復的に反応器に加われば、一定の形状を維持することが難しくなる。
【００３２】
固定端部の固定が単純に面圧により行われる場合、層間離隔が持続的に拡大するだけではなく、水分、粒子性物質を多量含む気体に露出される環境下において、水分、粒子性物質が分離層（parting  line  gap、split  gap）に持続的に流入する可能性があることから、高電圧を使用する環境であることを考えれば極めて不適切な構造であるといえる。
【００３３】
このような問題点を補完するためには、制限された誘電体電極の面積に対してより長い絶縁距離を与える必要があり、さらに、絶縁用部材と積層方法は非常に複雑になるが、絶縁信頼性の確保は難しくなる。
【００３４】
すなわち、外部電源に接続された端子がケース内部の水分、粒子状物質などに露出しやすくて、アーク（ark）または異常放電の誘導が容易になる。このような構造により、反応器の重量が増加し、製造費用も高くなる。
【００３５】
このような低温プラズマ反応器は、その特性上、高電圧の安定的な制御のために、電極及び電極間の絶縁性が非常に重要である。
【００３６】
一方、高電圧を使用するプラズマ反応器の特性上、大部分の材料がセラミック絶縁物からなるが、これは特に、エンジンの排気ガスのように排気温度が急激に変化する環境に露出されると、急激な温度変化に弱く、反応電極及び電極接続部などに亀裂、破壊、層分離などを発生し、高電圧の制御という絶縁物の目的を失ってしまう。
【００３７】
従って、プラズマ反応器において絶縁性は必須であり、使用環境に対応可能な耐熱衝撃（Durability  of  Thermal  Shock）性能（Performance）も必ず必要である。
【００３８】
これは、材料面では材料の熱的、機械的物性（Thermal、Mechanical  Property）を向上させて耐熱衝撃性能を高めることができるが、プラズマの発生効率及び耐久性などを満たす材料の電気的特性、特に、絶縁能力及び誘電強度（Dielectric  Strength）が優れている材料を基準に考えると、その選択に制限を受けることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】米国特許第４９５４３２０号明細書
【特許文献２】米国特許第５２３６６７２号明細書
【特許文献３】米国特許第５６０９７３６号明細書
【特許文献４】米国特許第６９７９８９２号明細書
【特許文献５】特開２００５−１８８４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
そこで、本発明の目的は、熱変化の激しい使用環境、特に、自動車用排気ガス環境のような気体温度の変化が激しい環境において、反応器に局部的に発生し得る熱応力を吸収できる構造を有し、また、水分、粒子状物質などを含む気体の流れに露出されても電気的な絶縁性を確保することができ、反応器が装着されるケースの一側面に固定する方法を簡単化することにより、反応器に不要な圧力をかけることなく、信頼性のある固定可能なプラズマ反応器とその製造方法を提供することである。
【００４１】
多層の誘電体電極を有する低温プラズマ反応器を構成するにあたって、１つの積層物に反対極性を有して互いに良好に絶縁された２つの垂直接続線が設けられ、この積層物の一側面に反対極性の誘電体電極が交互に一定の間隔を置いて形成されて、気体の流路を形成すると同時にプラズマ発生領域を提供する構造により、気体の温度変化が非常に激しい環境にさらされた誘電体電極が熱膨張・収縮を自由にすることによって局部的な熱応力の発生を最小化することができる。
【００４２】
以上のような構成により、反対極性の２つの外部端子を１つの積層物に形成することができ、ケースに固定する方法や外部電源を供給、接続する方法を簡単かつ容易にすることで、反応器に加えられる機械的、電気的不安定性を取り除き、プラズマ発生の安定性を確保することができる構造を提供できる。
【００４３】
また、垂直と水平に接続された内部電気的通路をGlass溶融またはセラミック焼結などの接合封止により絶縁させる方法を提供し、振動及び排気ガス圧力などによって構造変形しないように固定し、水分、粒子状物質などが積層線の隙間に浸透するのを遮断して、安定的なプラズマ場を形成できる構造を提供する。
【００４４】
さらに、誘電体電極の主電極部と垂直接続電極部などにSlit、Hole、Circleなどを多様な形状に設けることで、各要素における局部的な熱応力を分散させることができる構造を提供する。
【００４５】
上記構成を有する好適な実施例は、反応器の様々な構成を提供することにより、絶縁性と耐熱衝撃性を同時に向上させ、機械的、電気的不安定性を除去できる構造を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００４６】
本発明の技術を適用したプラズマ反応器は、均一かつ安定的なプラズマを低電力で発生させることができると同時に、その内部を通過する気体の通過抵抗を小さくし、通過する気体に多量の水分、腐蝕性気体、粒子状の有害物質などが含まれていたり、気体の急激な温度変化による熱衝撃環境など、選択的かつ総合的に反応器に加えられる条件に対しても安定的な稼動ができるように耐久性を高めたプラズマ反応器及びその製造方法を提供することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４７】
本発明のプラズマ反応器は、信頼性のある耐久性を確保し、安定的かつ均一なプラズマを発生させることができる性能を有する。また、各種システムが要求する位置に簡単かつ効率的に装着して稼動できる構造を有しており、商業的に広く適用可能であるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器を示す正面及び底面斜視図。
【図２】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器を示す断面構成図。
【図３】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器に用いられる電極とスペーサの分解斜視図。
【図４】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器に用いられる１つの電極を分解して示す斜視図。
【図５】図４に示すプラズマ反応器に用いられる電極のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図６】図４に示すプラズマ反応器に用いられる電極のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】図４に示すプラズマ反応器に用いられる電極のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図８】、
【図９】、
【図１０】、
【図１１】、
【図１２】本発明の技術が適用されるプラズマ反応器の熱衝撃による損傷と変形を防止するための変形防止手段を用いた図。
【図１３】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器の外部端子位置の可変状態を示す斜視図。
【図１４】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器のケースの固定状態を示す断面図。
【図１５】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器の外部端子の引出の他の例を示す構成図。
【図１６】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器の自由端制限部の第１例を示す断面図。
【図１７】本発明の技術が適用されたプラズマ反応器の自由端制限部の第２例を示す断面図。
【図１８】本発明の２実施例が適用されたプラズマ反応器の電極を示す展開図。
【図１９】図１８に示すプラズマ反応器に適用された電極の結合状態図。
【図２０】図１８に示すプラズマ反応器をケースと結合させた状態を示す断面図。
【図２１】本発明の３実施例が適用されたプラズマ反応器を示す正断面及び側断面図。
【図２２】本発明の４実施例が適用されたプラズマ反応器を示す斜視図。
【図２３】本発明の５実施例が適用されたプラズマ反応器を示す概略的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明のプラズマ反応器１００は、図１に示すように、極性が異なるプラス電極１０１とマイナス電極１０２及びスペーサ１０３を順次に積層して積層物１０４を構成し、前記積層物１０４は、積層物１０４の一側に積層物１０４と同一の材質の反応器本体１０５で維持されるように構成する。
【００５０】
前記積層物１０４を構成するプラス電極１０１とマイナス電極１０２は、スペーサ１０３によって気体が通過できる通路１０６を有するように交互に反復配列して構成される。
【００５１】
前記積層物１０４のいずれか一側にのみ反応器本体１０５で固定される形態にすることによって適切に応力を分散させる構成にし、熱膨張、収縮などによって局部的に熱応力が発生しないようにして熱衝撃性能を高めるために、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に変形防止手段１０７をさらに備える。
【００５２】
前記積層物１０４のいずれか一側に位置する反応器本体１０５にプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に接続するための外部端子（１０８、１０９）を設けて、多量の水分、粒子状の有害物質、腐蝕性気体など、電気的絶縁能力を低下させる様々な環境の気体から、高電圧に露出される電源接続部を簡単かつ効果的に遮断できる構造を有することにより、絶縁信頼性を高めることができる。
【００５３】
前記プラズマ反応器１００をケースに固定しやすくするため、反応器本体１０５の表面に積層物１０４の積層方向と垂直方向に突出部１１０を形成することによってケースに簡単に固定することができ、かつ、全体的に軽量化が可能になる。
【００５４】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、導電性電極を内蔵し、隣接の反対極性のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）とは絶縁されているが、隣接の反対極性のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の間には電気的に同一の極性を有するように接続する垂直接続電極１１１を備える。
【００５５】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、互いに垂直接続電極１１１で接続されて積層物１０４を固定する反応器本体１０５の表面に設けられる外部端子（１０８、１０９）に接続され、前記外部端子（１０８、１０９）は、パルスまたは交流電源に接続されて対向する反対極性のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に内蔵される導電性電極領域でプラズマを発生できるように構成されている。
【実施例】
【００５６】
図３は、本発明の技術が適用されたプラズマ反応器に用いられる電極とスペーサの分解斜視図である。図４は、本発明の技術が適用されたプラズマ反応器に用いられる１つの電極を分解して示す斜視図である。図５は、図４に示すプラズマ反応器に用いられる電極のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６は、図４に示すプラズマ反応器に用いられる電極のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図７は、図４に示すプラズマ反応器に適用される電極のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【００５７】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、プラズマを発生させる領域の主電極部１１５をプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の全般に形成し、前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の積層部に具備される２つの垂直接続電極１１１と、前記２つの垂直接続電極１１１のうちの１つと主電極部１１５を接続させる水平接続電極１１６とで構成されている。
【００５８】
前記垂直接続電極１１１は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）面に対して垂直方向に貫通する１つ以上の導電孔１１７を含み、前記導電孔１１７には導電性金属などの導電材１１８を充填するか、導電孔１１７の内部表面に金属などの導電材１１８を塗布して、導電孔１１７を含む２面の電極間の電気的な接続を可能にする。
【００５９】
前記主電極部１１５に接続されていない垂直接続電極１１１は、隣接の反対電極を有するプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と垂直方向に電気的に接続されるようにして、効果的に絶縁された２つの反対極性のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の積層配列を実現することができる。
【００６０】
上記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、公知された同時焼成技術を利用して、１つのグリーンシート（Green  Sheet）上の未焼成成形体に、本発明に適したパターンで導電性金属層を塗布して主電極部１１５を形成し、同じ方法で垂直接続電極１１１パターンを有するグリーンシートを準備し、この２つのグリーンシートをラミネーション（Lamination）及び同時焼成（Co-firing）により主電極部１１５と垂直接続電極１１１を有するように製造することができる。
【００６１】
より好ましくは、上記方法によりプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）だけでなく、反対極性を有して交互に配列された各プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）間の電気的接続を同時焼成によって１つの積層物１０４に形成することであるが、同時焼成過程において、各気体流路を形成すると同時に均一なプラズマ発生のための電極間隔を精緻に制御することが難しく、各セラミックグリーンシートの有機結合剤と積層物を形成するラミネーション過程に用いられる有機物などを排出する脱脂工程が非常に複雑で高費用がかかるので、商業的生産に適していない。
【００６２】
そこで、本発明で提案する方法は、同時焼成により導電性電極を絶縁させる方法の代わりに、２つのセラミック焼結体に電極を形成し、これらを接合するために３つの電極部分を除いた全面、或いは垂直接続電極部分だけを除いた全面に、接合可能なGlassやセラミック接合剤を塗布、脱脂し、溶融接合または焼結接合などを通じてプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を形成することである。
【００６３】
また、２つの反対極性を有する垂直接続電極１１１を除いた全面にGlass、またはセラミック接合剤を塗布し、脱脂されたスペーサ１０３をプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）とともに溶融接合または焼結接合を行って積層物１０４を形成することである。
【００６４】
ここで、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を製造する過程と、スペーサ１０３を含む絶縁積層物１０４を形成する過程は同時に行ってもよい。
【００６５】
Glass溶融接合とは、普通４００〜１０００℃程度で完全に溶融されてセラミック表面に非晶質状態で結合層を形成できることを意味し、セラミック焼結接合とは、普通１０００℃〜１６００℃程度でセラミック粒子の成長、収縮、或いは生成、消滅などを通じてセラミック表面に非晶質状態と結晶粒子状態が混合した結合層を形成できることを意味する。
【００６６】
温度変化の激しい環境にさらされてセラミック焼結体の焼結温度とセラミック焼結体の接合温度の差が大きい場合、熱的不均衡（Thermal  Mismatch）が大きくなり、温度が同じである場合は、焼結体の変形が生じたり、過焼結による焼結体の強度低下が生じ得るので、適切な温度を選択する必要がある。
【００６７】
上記のような方法では、焼結されたセラミック平板を使用しており、一定間隔を有して積層される必要があるプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）が変形する可能性が少なく、電極形成と接合剤を塗布、脱脂する過程が接合前に簡単に行われるので、現実的に有用な方法である。
【００６８】
また他の好適な方法は、公知された技術である同時焼成により製造して主電極部１１５を内蔵し、２つの垂直接続電極１１１を有して、この中の１つと主電極部１１５を接続させる水平接続電極１１６で構成されるプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）焼結体と、セラミック焼結体として２つの垂直接続電極１１１で構成されたスペーサ１０３をセラミック焼結接合により積層することである。
【００６９】
本発明によるプラズマ反応器１００のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、誘電体セラミック焼結体を利用して製造することができ、基板境界面から適切な絶縁距離を有する内部に導電性金属層を形成し、これを介在して２つの誘電体セラミックが接合された主電極部１１５と水平接続電極１１６及び垂直接続電極１１１で誘電体電極を形成する。
【００７０】
このような構成は、１つの積層物１０４に互いに絶縁されているプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を交互に配列する際、制限された絶縁空間を効率よく配分できるという特徴がある。また、互いに絶縁された内部端子間の選択的な電気的通路を有する設計が可能で、このような電気的通路と接続された外部端子を自由に配置することができる。
【００７１】
上記のように、本発明の特徴的な形状を有するプラズマ反応器１００に積層されるプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、焼結体の一面は、パターン化された主電極部１１５と垂直接続電極１１１、水平接続電極１１６と接合面１１９を含み、他面は、２つの垂直接続電極１１１と接合面１１９を形成して、スペーサ１０３と接合されるように形成して積層物１０４を一度に接合する方法があり、成形体の内部に上記配列により導電性電極膜を形成して同時焼成する方法、さらにまたは、セラミック焼結体の内部に上記配列により導電性電極膜を形成して、セラミック焼結接合による電極が内在されたセラミック焼結体をまず形成して積層物１０４を接合する方法がある。
【００７２】
前記セラミック焼結体は、公知の多様なセラミック基板の製造技術により形成された板状のセラミック焼結体であって、垂直接続のための１つ以上の導電孔１１７が積層部位の２ヶ所に配置されており、公知された従来の技術により接合面に対して垂直方向に機械的強度を強化するための補強柱１２０を挿入接合できる柱孔１２１が積層部位の中央部分である垂直接続電極１１１の間に配置されている。また、本発明により完成されたプラズマ反応器１００を容易にケースに固定するために、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の積層部位の両側に突出部１１０を一体に形成してもよい。
【００７３】
セラミック焼結体を利用してプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を構成する際、主電極部１１５、垂直接続電極１１１、水平接続電極１１６などを構成する電極層は、導電性に優れた金属を主成分とすることが好ましく、主成分として、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群より少なくとも一種の金属を選択した電極材料が使用できる。
【００７４】
また、この電極層の厚さは、プラズマ発生電極の小型化、及び排気ガスなどを処理するとき対向電極の相互間を通過する流体の抵抗を小さくするなどの理由から、０．０１〜０．１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．０１〜０．０１５である。
【００７５】
上記のような電極層は、セラミック焼結体に膜形状に形成され、具体的な塗布方法として、例えば、スクリーン印刷、カレンダロール（calendar  roll）、スプレイ（spray）、静電塗装、ディップ（dip）、ナイフコート（knife  cotter）、化学蒸着、または物理蒸着などが好適に使用できる。このような方法によれば、電導性膜が形成された後、表面平滑性に優れて、かつ厚さの薄い電極層を容易に形成することができる。
【００７６】
電極層をセラミック焼結体に塗布する場合は、電極層が主成分とする金属粉末と、有機バインダとテルピネオールなどの溶剤を混合して導体ペーストを形成し、上記方法でセラミック焼結体に塗布して形成することができる。また、セラミック焼結体との密着性及び焼結性を向上させるために、必要に応じて上記の導体ペーストに添加剤を加えてもよい。
【００７７】
内部に電極層を有したプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を構成するためには、適切な絶縁距離を有して配置された電極層を有して、互いに対称の２つのセラミック板状の焼結体を接合できる接合面１１９を形成する必要がある。このように接合される２つのセラミック板状焼結体の接合面には、いずれも垂直接続電極１１１を有して、これらの中の少なくとも１つのセラミック板状の焼結体には１つの垂直接続電極１１１と水平接続電極１１６で接続された主電極部１１５を有する必要がある。
【００７８】
接合剤は、垂直接続電極１１１には塗布されないようにし、主電極部１１５または水平接続電極１１６には塗布されても塗布されなくてもよい。特に制限するものではないが、接合または絶縁の信頼性を高めるために、接合剤が塗布される面積を広く設計することが好ましい。
【００７９】
接合剤は、Glass溶融またはセラミック焼結により２つのセラミック焼結体を一体のセラミックに接合するためのもので、アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化ホウ素、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムなどの成分を適宜混合して製造することができる。Glass溶融による接合は、上記成分が混合された粒子の相が非晶質であって、比較的低温で溶融による接合が可能であり、セラミック焼結による接合は、前記成分が非晶質相または結晶質相が混合されて溶融された非晶質層だけでなく、結晶質の粒子が結合された形態を含む接合を意味する。
【００８０】
前記結晶質の相の代わり接合温度より高い融点の非晶質の相を有する粒子を使用してもよい。セラミック焼結は、その接合温度が高いだけでなく、酸化雰囲気または還元雰囲気など様々な環境下で接合が可能であるという特徴を有する。
【００８１】
従来の技術では、高温同時焼成により製造されて信頼性の高い絶縁性誘電体電極として、一定の間隔を有する典型的な積層型プラズマ反応器を構成するために、各誘電体電極の積層は、酸化雰囲気のGlass溶融による接合を利用するしかなく、誘電体電極の垂直接続孔（hole）を含む垂直接続電極部は、高温に耐えられる白金のような耐酸化性に優れた高価の金属を使用することになる。
【００８２】
すなわち、高温同時焼成方法を使用するためには、優れた導電性を有し、セラミック焼結温度で適切な焼結結合が可能であり、低価の電極材料であるが、還元雰囲気で安定的なＷまたはＭｏなどの高融点の電極を使用するので、酸化雰囲気で高温にさらされる工程において、垂直接続部を通じて熱処理雰囲気に露出されると酸化されて電気電導性を失ってしまう。
【００８３】
これを防ぐために、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の製造だけでなく、積層接合方法も同時焼成により製造する必要があるが、前述のように、積層接合を同時焼成により製造する場合、主電極部１１５の電極面の間隔を一定に制御することが難しいことと、構造物の内部に含まれた有機物の脱脂のために非常に不安定な製造工程を行う必要があるなどの問題点があるので、２種類の電極体系を使用する必要がある。
【００８４】
本発明の一特徴であるセラミック焼結による接合を使用することで、電極の材料を２種類に構成する必要がなく、低価で優れた利点を有する電極材料を使用することが可能になる。
【００８５】
Glass溶融またはセラミック焼結による接合剤は、前記成分を含むGlass-セラミック粉末と有機バインダとテルピネオールなどの溶剤を混合して接合剤ペーストを形成し、スクリーン印刷、カレンダロール（calendar  roll）、スプレイ（spray）など様々な公知の塗膜形成方法でセラミック電極焼結体に塗布して形成することができる。
【００８６】
前記電極層を有するセラミック焼結体に接合面１１９を形成し、脱脂または脱脂及び半（semi）焼結が完了すれば、接合が可能な状態になる。
【００８７】
前記セラミック焼結体を利用したプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の製造は、単独で製造しても積層接合と同時に接合してもよいが、後者の場合、主電極部１１５の反対面、つまり、スペーサ１０３と接合する面には電気的な垂直接続及び絶縁接合が行われるように２つの垂直接続電極１１１に電極層を、そして、これを除いた面には接合面１１９を形成して、脱脂または脱脂及び半焼結が完了された状態になるようにする。
【００８８】
また、プラズマ発生電極を構成する板状のセラミック体は、上記のように、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）としての機能を有するものであり、電極層が板状のセラミック体の内部に設置された状態で使用することにより、電極層単独で放電を行う場合に比べてスパーク（spark）などの異常放電を減少させ、小さな放電を複数の位置で発生させることが可能になる。
【００８９】
このような複数の小さな放電は、スパークなどの放電に比べて流れる電流が少なくて消費電力を大きく低減することができ、かつ、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の相互間に流れる電流が制限され、温度上昇をもたらさない、消費エネルギーの少ないNon-Thermal  Plasmaを発生させることができる。
【００９０】
板状のセラミック焼結体は、誘電率の高い材料を主成分とすることが好ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、コーディエライト、ムライト、チタン-バリウム系酸化物、マグネシウム-カルシウム-チタン系酸化物、バリウム-チタン-亜鉛系酸化物、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどが適切に使用できる。
【００９１】
耐熱衝撃性に優れた材料を主成分とすることにより、プラズマ発生電極を高温または温度変化の激しい条件下でも稼動することが可能になる。また、誘電率の高い材料を利用すれば、放電効率が高くて誘電体電極の大きさを小さくすることができ、かつ、高い熱膨張による大きな変形に伴う熱応力を減少させることができる。
【００９２】
本発明の特徴によるプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の製造方法が、セラミック焼結接合またはGlass溶融接合に限定されるのではなく、同時焼成により焼結された誘電体電極を使用することも可能である。
【００９３】
広く公知された技術である同時焼成により誘電体電極を構成する際、主電極部１１５、垂直接続電極１１１、水平接続電極１１６などを構成する電極層は、導電性に優れた金属を主成分とすることが好ましく、主成分は、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群より少なくとも一種類の金属を選択して電極材料として使用できる。
【００９４】
上述した電極層は、テープ形状のセラミック成形体に膜状に構成され、具体的な塗布方法として、スクリーン印刷、カレンダロール（calendar  roll）、スプレイ（spray）、静電塗装、ディップ（dip）、ナイフコート（knife  cotter）、化学蒸着、または物理蒸着などが好適な例としてあげられる。このような方法によれば、膜形成後の表面平滑性に優れ、かつ厚さの薄い電極層を容易に形成することができる。
【００９５】
電極層をテープ形状のセラミック成形体に塗布する場合、電極層の主成分である金属粉末と、有機バインダーとテルピネオールなどの溶剤を混合して導体ペーストを形成し、上記方法によりテープ形状のセラミック成形体に塗布して形成することができる。また、テープ形状のセラミック成形体との密着性及び焼結性を高めるために、必要に応じて上述した導体ペーストに添加剤を加えてもよい。
【００９６】
テープ形状のセラミック成形体には、セラミック基板用のセラミックグリーンシートを適切に用いることができる。このセラミックグリーンシートは、グリーンシート製作用スラリーまたはペーストをドクターブレード法、カレンダ法、印刷法、リバースロールコータ法、圧出法など従来の公知方法により、所定の厚さに成形して形成することができる。このように形成されるセラミックグリーンシートは、切断、切削、貫通孔の形状などに加工するか、または、複数のグリーンシートを積層した状態で熱圧着などを行って１つのシートにした積層物を利用することも可能である。
【００９７】
上記グリーンシート製作用スラリーまたはペーストは、所定のセラミック粉末に適当なバインダー、焼結調製、可塑剤、分散剤、有機溶媒などを配合し調整したものが適切に使用でき、このセラミック粉末としては、アルミナウム、ムライト、コーディエライト、窒化シリコン、窒化アルミニウム、セラミックガラス、ガラスなどの粉末が好適に使用できる。また、焼結調製としては、アルミナの場合、酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムなどが好適に使用できる。また、焼結調製においては、セラミック粉末１００質量部に対して３〜１０質量部を加えたものが好ましい。可塑剤、分散剤、及び有機溶媒については、従来の公知方法に用いられる可塑剤、分散剤及び有機溶媒が適宜使用できる。
【００９８】
さらに、板状のセラミック体の有孔率は０．１〜３５％であることが好ましく、より好ましくは０．１〜１０％である。このように構成することにより、互いに対向する電極間に効率的にプラズマを発生させることが可能になり、低エネルギー化を実現することができる。
【００９９】
電極層とGlass溶融やセラミック焼結によって接合可能な接合層が形成された２枚のセラミック板焼結体、このようなセラミック焼結体により接合された誘電体電極、または、高温同時焼成により製造された誘電体電極などで積層型プラズマ反応器を製造するために、気体流路を有すると同時にプラズマ反応領域を提供する一定の間隔を提供し、さらに、反対極性で構成配置された垂直接続線を互いに、または外部ケースなどと絶縁距離を確保する機能を有するスペーサ１０３は、次のように準備する。
【０１００】
上記のように、様々な接合方法の中で同時焼成による積層接合は多くの問題点を有するため、積層接合は、セラミック焼結またはGlass溶融による接合方法が好ましく、スペーサ１０３は、このような接合方法に適用できるように準備する。
【０１０１】
セラミック板焼結体としてスペーサ１０３は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の積層部位と同一な形状を有する。プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と接合されて１つの積層物１０４を形成するスペーサ１０３は、２つの反対極性を有する垂直接続電極１１１とこれらを除く接合面１１９がプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と接合される両面に形成される。
【０１０２】
ここで、垂直接続電極１１１は、１つ以上の導電孔１１７を含み、公知の従来技術により導電孔１１７の内部が導電材１１８で満たされているか（Via-Fill）、内部面が導電性金属などの導電材１１８で塗布されて（Through-Hole）、互いに反対面に位置する垂直接続電極１１１と電気的に接続されることができる。
【０１０３】
前記スペーサ１０３は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と熱的、機械的特性が似ており、電気的に絶縁能力に優れた材料を選択することが好ましい。例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、コーディエライト、ムライト、チタン-バリウム系酸化物、マグネシウム-カルシウム-チタン系酸化物、バリウム-チタン-亜鉛系酸化物、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどから少なくとも１つを選択して適切に使用できる。
【０１０４】
上記方法により製造されたプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）、または積層接合により１つのプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を形成できる対称の２電極セラミック焼結体は、隣接のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）とは電気的に絶縁されていながら、隣接の２つのプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）間には電気的に接続されるように配列して積層を構成する。
【０１０５】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）、スペーサ１０３など、積層配列される部分に垂直接続電極１１１を構成する導電性電極層は、接合される部位の垂直接続電極１１１を構成する導電性電極層と接触接合しながら、同じ面に反対極性を有する垂直接続電極１１１と、さらにスペーサ１０３の周縁と絶縁を維持する接合面１１９で構成されることが好ましい。
【０１０６】
積層するための接合には、同時焼成法、Glass溶融、セラミック焼結などの方法が利用できる。ここで、同時焼成法は、焼結過程で気体流路を形成する間隔を精密に制御することが難しく、グリーンシート及び電極塗布などの段階と、積層密着（Lamination）段階などに用いられる有機結合剤、有機溶媒などが多量含有され、これらを脱脂する工程が非常に不安定になり、大量生産には適していない。
【０１０７】
一方、セラミック焼結またはGlass溶融による接合方法は、既に焼結が完了した焼結体を使用することで、接合過程で発生する曲げ等の変形を防止することができ、接合前段階で脱脂または半焼結（Semi-firing）などを容易に行うことができるので、工程の制御が容易であり、信頼性のある絶縁積層物を構成することが可能になる。
【０１０８】
より好ましい方法はセラミック焼結による接合であって、同時焼成またはセラミック焼結接合により製造されたプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の製造環境、つまり、類似する温度及び類似する雰囲気で接合できる方法であるので、熱的バランスまたは絶縁信頼性において同時焼成による方法と類似する結果を得ることが可能である。
【０１０９】
また、接合段階で接合層と垂直方向に補強柱１２０をプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）とスペーサ１０３に形成される柱孔１２１に挿入して接合することにより、積層されるプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）及びスペーサ１０３の強度を向上させ、接合過程で垂直接続電極１１１の位置と接合面１１９の位置が簡単に整列される接合が可能であるという効果がある。
【０１１０】
前記補強柱１２０の挿入される位置は、整列が容易な位置、絶縁距離などを考慮するのが好ましく、積層物の内部または外部と接して行われることが好ましい。特に、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）とスペーサ１０３の内部位置よりも外部に接する位置に挿入して接合することが、その許容される挿入公差が大きくて補強柱１２０と柱孔１２１の加工を容易にし、積層配列及び組み立て方法がより簡単になり、生産性及び製造信頼性を高めることができるので好ましい。
【０１１１】
前記補強柱１２０の断面形状は、円形のチューブや棒、または多角形のチューブや棒など、どの形状でも本発明の特徴を適用することができる。このような材質は、アルミナ、シリカ、コーディエライト、ジルコニア、ムライト、窒化シリコン、窒化アルミニウムなど、耐熱衝撃性及び強度が高く、接合剤で接合が可能であり、適切な絶縁能力を有するものが好ましい。
【０１１２】
図８から図１２は、本発明の技術が適用されるプラズマ反応器の熱衝撃による損傷と変形を防止するための変形防止手段を用いた状態を示す図である。
本発明で提案するプラズマ反応器１００の構造的特徴は、熱衝撃を構造的に吸収できる形状である。
【０１１３】
各対向するプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）面の間に気体の流れ経路が形成されているプラズマ反応器１００の特性上、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）部の表面温度は、気体の温度と速やかに熱交換が起こり、急速な温度変化が発生し得る。
【０１１４】
このような構造的な特徴は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の熱膨張係数による変形、つまり膨張収縮をもたらすが、この際その変形が不自由であれば材料は強い応力を持つようになり、その応力が材料の脆弱部に集中すると亀裂や破壊が起こる。
【０１１５】
また、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）が温度変化に伴う熱膨張収縮により変形が自由であっても、特にその変化の幅が大きいか急激であれば、電極面全体に強い引張応力または圧縮応力が一方向に起こる可能性がある。
【０１１６】
このような状況で材料の破壊を防止するためにプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に形成される変形防止手段１０７は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の周縁に適切な大きさと間隔を与える隙間１２２（slit）或いは弧１２３（arc）を形成するか、または内部に適切な孔１２４（hole）を形成してもよい。
【０１１７】
このような形状は、温度変化に伴って電極面が膨張、収縮するなどの変形により、ある一方向に応力が発生する状況でもその応力の方向を電極面全体に分散させ、材料の破壊を最小化することができる特徴を有する。
【０１１８】
急激に温度が変化する環境下で材料の破壊を防止するまた他の方法は、１つの結合体により一体化されたプラズマ反応器１００における温度差が一部分に集中しないようにすることである。
【０１１９】
すなわち、熱交換が起こりやすくて簡単に気体温度と平衡状態になることができる誘電体電極の主電極部１１５の領域と、相対的に熱容量が高くて気体温度と平衡状態になることが難しい積層物１０４の境界面は、非常に大きな温度差がある。
【０１２０】
よって、このような部分の温度差を小さくするために、積層物１０４の熱容量を減らし、円滑な熱交換のために積層物１０４の表面を増加させることが好ましい。
【０１２１】
また、主電極部１１５の幅１２５が垂直接続電極１１１の幅１２６より狭く、主電極部１１５と垂直接続電極１１１の接続部１２７が気体の流れ通路に属するようにしたり、スペーサ１０３が気体の流路まで拡張された形状と積層物１０４の内部に縮んだ形状が交互に配列されるように構成することも好ましい。
【０１２２】
図１３は、本発明の技術が適用されたプラズマ反応器の外部端子位置の可変状態を示す斜視図である。
【０１２３】
本発明の構成において、外部端子（１０８、１０９）は、気体が通過する通路１０６が形成されると同時にプラズマが発生する領域に属する面を除いた反応器本体１０５のある一面に適切に配置されることができ、同じ面にまたは互いに異なる面に必要な絶縁距離を維持しながら同一面または互いに異なる面に位置することができる。
【０１２４】
また、ケース１２８に固定されたプラズマ反応器１００が置かれる周辺環境に対応して、外部端子（１０８、１０９）が互いに対向するように位置したり、直角または特定の角度で位置するようになるので、１つの積層物１０４に２つの外部端子（１０８、１０９）を位置させることは、電源接続方法を制限しないだけでなく、様々な解決方法を提示する。
【０１２５】
また、反対極性の電源端子またはケース１２８との絶縁距離を最大に安全に確保する方法は、外部端子（１０８、１０９）部分は反応器本体１０５の表面から内部側に後退した面に位置させ、その周辺部の積層物１０４の表面は適切な高さで突出させて柱を形成することにより、制限された範囲内で十分な絶縁距離を確保することができる。
【０１２６】
本発明は、ケース１２８に挿入されるプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と気体が通過する通路１０６が位置する面に隣接する表面に適切な突出部１１０が形成されて、プラズマ反応器１００が位置すべきケース１２８に簡単に固定できるようにし、より簡単に固定することができる。
【０１２７】
図１５は、本発明の技術が適用されたプラズマ反応器の外部端子の引出の他の例を示す構成図である。
【０１２８】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の中で高電圧が印加されるプラス電極１０１と、接地を行うマイナス電極１０２が各々分離されて外部電源に接続されるために、各位置にある単位電極とスペーサ１０３の垂直接続電極１１１は、外部電源が接続する方向の表面１２９に接続されるように構成して外部端子（１０８、１０９）を形成する。
【０１２９】
前記外部端子（１０８、１０９）は、プラズマ反応器１００が装着されるケース１２８または外部端子（１０８、１０９）の電極部に電源を供給する反対極性の金属端子から十分な絶縁距離を確保するために、外部端子（１０８、１０９）の電極が積層物１０４の表面より内部に位置するようにし、外部電極部に隣接する積層物１０４の表面が突出するように構成することができる。
【０１３０】
このような構成により、電源を供給する反対極性の外部端子（１０８、１０９）間の距離に対する制約が小さくなり、より信頼性のある絶縁距離を維持する設計が可能になる。
【０１３１】
プラズマ反応器１００が反復的に高温にさらされる場合、前記外部端子（１０８、１０９）表面の耐蝕性または耐酸化性を増加させるため、電解NiめっきまたはNi-Bなどの無電解めっきでNiめっき層を形成し、耐酸化性銀ろう付け充填材（ブレージング  Filler）、例えば、Agなどで適切に折り畳まれた金属Sheetをろう付けする構成を使用することができる。前記金属SheetとしてはNiまたはNi-Fe系合金などが使用できる。
【０１３２】
また他の方法は、積層及び接合焼結する段階において、垂直接続のための内部端子と外部端子（１０８、１０９）を連結する部分のスペーサ１０３と、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の垂直接続電極１１１が当接する部分に金属Sheetを挿入して積層及び焼結して電気的に接続することである。
【０１３３】
このような金属sheetの溶融点は、接合温度が同じであるか高い材料であり、内部端子に用いられた金属層と接合焼結温度及びその雰囲気で物理化学的に反応して結合できる材料として、Ni、Mo、W、Ni-Fe系合金などから選択することができる。
【０１３４】
内部端子に接続された金属Sheetは、必要に応じてめっき及び耐酸化性金属、例えば、Ag、溶融ろう付けして表面の耐蝕性を強化することができる。外部電源用プラグが一定の圧力で端子部と接触する場合は、折り畳んで内部端子に接続された外部端子（１０８、１０９）を形成することができ、外部電源用電線を前記金属sheetとろう付け、溶接、プレスなどの方法で接続することができる。
【０１３５】
図１６は、本発明の技術が適用されたプラズマ反応器の自由端制限部の第１例を示す断面図である。図１７は、本発明の技術が適用されたプラズマ反応器の自由端制限部の第２例を示す断面図である。
【０１３６】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の一側面は、積層物１０４に固定されており、他側面は、自由端形状を維持するように製造されるが、プラズマ反応器１００が様々な振動に露出されると、特に、プラズマ発生領域に位置するプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の長さが長い場合は、積層物１０４の反対位置にある自由端部位の変形量が大きくなる可能性がある。
【０１３７】
前記積層物１０４の反対位置に位置するプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の自由端部位は、積層物に対して水平方向に自由な膨張、収縮が可能であるだけでなく、積層物に対して垂直方向にも過度な変形量で動くことが可能である。
【０１３８】
このような状況では、プラズマ発生の均一性を失う可能性もあり、誘電体電極の破壊を起こしかねない。よって、誘電体電極の変形に対し、特に積層物１０４の垂直方向に過度な変形が発生しないようにその変形量を制限する必要があるときは自由端制限部１３０をさらに設ける。
【０１３９】
前記自由端制限部１３０は、各プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の自由端部に制限物１３１を固定したり接合する方法を利用するが、全体的にはプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）が積層物１０４の水平方向に膨張収縮を自由にするために、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）間を固定しない。
【０１４０】
前記制限物１３１の一面は、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の一面に固定または接合され、他面は離れた状態を維持するようになる。
【０１４１】
勿論、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の自由端部を貫通する棒やチューブなどのホルダ１３２に制限物１３１が維持されるようにしてもよく、この場合、制限物１３１はどの一側面にも接合、固定されないようにしてもよい。
【０１４２】
すなわち、積層物１０４に対して垂直方向への変形量のみ制限することができ、水平方向への膨張収縮は制限しないように接合、固定することが好ましい。
【０１４３】
前記制限物１３１の形状に特に制限はなく、高さはプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の間の間隔に対して０．９〜１．０倍にすることが好ましく、その大きさはプラズマ発生領域を妨害しない程度の大きさであれば、本発明の目的を達成することができる。
【０１４４】
前記制限物１３１の位置は、積層物１０４の側面に形成されたプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）のどこに位置してもよいが、より好ましくは、積層物１０４の反対側、すなわち、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に対して垂直方向に最も大きな変形量が予想される部分に設置し、気体の流れ、及びプラズマ発生の均一な放電を妨害しないように構成する。
【０１４５】
また、図示されていないが、本発明の実施形態によるプラズマ反応器１００において、プラズマ発生電極に電圧を印加するための電源を備えてもよい。この電源については、プラズマを有効に発生させることができる電気を供給できるものであれば、従来公知の電源を使用することができる。
【０１４６】
また、本発明の実施形態によるプラズマ反応器において、電源を有する構成ではなく、外部の電源から電流を供給する構成であってよい。
【０１４７】
本発明の実施形態に用いられるプラズマ発生電極に供給する電流については、発生させたプラズマの強度に応じて適切に選択して決定することができる。例えば、プラズマ反応器を自動車の排気係内に設置する場合は、プラズマ発生電極に供給する電源は、電圧が１kV以上の直流電流、ピーク（peak）電圧が１kV以上で、１秒当たりのパルス数が１００以上（１００Hz以上）のパルス電流、ピーク電圧が１kV以上で、周波数が１００以上（１００Hz以上）の交流（pulse）電流、または、このようないずれか２つを重畳する電流が好ましい。このように構成することにより、効率的にプラズマを発生させることができる。
【０１４８】
このように製造されてケース１２８に挿入されたプラズマ反応器１００は、気体の温度変化が激しい環境や、絶縁を妨害する様々な腐食性気体、水分、粒子状有害物質などが含まれた気体環境だけでなく、激しい機械的振動の環境下でも、均一で安定的な稼動が可能であるという利点を有する。
【０１４９】
図１８は、本発明の第２実施例が適用されたプラズマ反応器の電極を示す展開図である。図１９は、図１８に示すプラズマ反応器に適用された電極の結合状態図である。図２０は、図１８に示すプラズマ反応器をケースと結合させた状態を示す断面図である。
【０１５０】
本発明の特徴を確認できる第２実施例として、個別的に外部端子（１０８、１０９）を有するプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を製造し、偏向された位置に外部端子（１０８、１０９）を持つ積層物１０４によりGlass溶融接合されたプラズマ反応器１００の製造方法を説明する。
【０１５１】
プラズマ発生電極を製造する一例において、比較的に低価の電極材料であるW、Moなどを使用し、誘電率と絶縁性が高く、誘電強度に優れたアルミナ系のセラミックを用いて誘電体電極を製造することができる。
【０１５２】
その製造方法は、導電性電極層が２つのセラミックグリーンシートの間に介在される同時焼成法があり、２つのセラミック焼結体の間に導電性電極層と接合層を形成し、セラミック焼結接合により導電性電極が介在された誘電体電極を製造することができる。
【０１５３】
接合される２種のセラミック焼結体またはセラミックグリーンシートは、主電極部１１５と主電極部１１５から引出される外部電極１３５を有する電極シート１３３と、外部端子孔１３６と引出孔１３７を有する電極シート１３４で構成される。
【０１５４】
接合が可能な２枚の電極シート１３３と接合シートト１３４は、外部電極１３５と外部端子孔１３６が一致するように対向し、接合焼結、またはラミネーション及び同時焼成をして、電極が内蔵されたプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を製造する。
【０１５５】
前記プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、外部電極１３５にNi電解めっき、または無電解Ni-Bなどでめっき処理して、Agろう付け充填材を利用してNiワイヤなどをブレージングするが、このとき、外部電極１３５またはNiワイヤの酸化を防止するために、端子ワイヤ１３８をニッケルシート１４０が覆う形態に製造することが好ましい。
【０１５６】
前記端子ワイヤ１３８を外部電極１３５にブレージング接合するとき、ブレージング接合される端子ワイヤ１３８と銀ろう付け充填材１３９（Wire、Sheetまたはペースト）を外部電極１３５に位置させ、Ni Sheet１４０で覆って溶融ろう付けを行う。
【０１５７】
このようにすることで、ブレージング接合される端子ワイヤ１３８と外部電極１３５の間に置かれて溶融接合されるAg層が端子ワイヤ１３８の外径とニッケルSheet１４０の全表面に形成されて、酸化雰囲気、１０００℃以下の簡単な熱処理過程では外部電極１３５が酸化しないように防止することができる。
【０１５８】
ここで、端子ワイヤ１３８は具体的に、Niワイヤ（１４１）２本以上、Agワイヤ（１４２）１本以上で構成され、ブレージング中にNiワイヤ１４１表面が銀ろう付け充填材１３９で溶融コーティングされることができるので、酸化雰囲気、Glass溶融による積層接合時に酸化しないように防止でき、電源接続のためのろう付け及び溶接も可能になる。
【０１５９】
前記外部電極１３５に酸化防止処理されたプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と、スペーサ１０３にGlass溶融接合が可能な接合剤を塗布して積層接合し、このとき、柱孔１２１に補強柱１２０を挿入して垂直接合接続を強化させることができる。接合後、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の外部電極１３５に接続された端子ワイヤ１３８を整列溝１４３に同じ極性どうしで整列し、積層物１０４を適切なケース１２８に挿入して固定する。
【０１６０】
上記のようなプラズマ反応器１００は、個別的に引出された端子ワイヤ１３８により各プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）に電源を供給することができ、互いに反対極性の端子ワイヤ１３８どうし、若しくはケース１２８と端子ワイヤ１３８が絶縁されるように別途の絶縁物１４４を積層物１０４とケース１２８との間に挿入することができる。
【０１６１】
このような構成は、放電のための高電圧電源を供給するための外部端子（１０８、１０９）などを積層物１０４の一側に全て絶縁させて、２つの反対極性を有する電源に接続したもので、積層物１０４間の熱的不均衡にもかかわらずこのような構成が可能なのは、ケース１２８に装着するときに熱変化の激しい気体流動通路からの影響を少なく受ける、または、影響されないように電源供給部を構成できる本発明の特徴によるものである。このように、様々な接合積層により積層物間の接合層に多少熱的不均衡が生じても、破壊に至らないようにする独特の構成を有している。
【０１６２】
図２１は、本発明の第３実施例が適用されたプラズマ反応器を示す正断面及び側断面図である。
【０１６３】
本発明の特徴を表すまた他の実施例によれば、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）をチューブ状にしてプラズマ反応器１００を構成している。
【０１６４】
導電性電極層または金属棒が内蔵されたチューブ型１４５に構成して一方向に配列し、互いに異なる極性を有するチューブ１４５を同じ方向に適切な間隔を置いて配列してプラズマ発生を可能にし、互いに異なる極性を有するチューブ１４５の外部端子線の位置を積層物１０４の違う高さで集電させて、適切な絶縁距離を与えるようにしている。
【０１６５】
図２２は、本発明の第４実施例が適用されたプラズマ反応器を示す斜視図である。
【０１６６】
プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）として平板型１４６とチューブ型１４５を混合したものを利用することで、互いに異なる極性の外部端子が別の積層物１０４の違う高さで集電させて適切な距離を与えることができる。
【０１６７】
図２３は、本発明の技術が適用された第３実施例及び第４実施例の変形例を示すもので、チューブ型１４５または平板型のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）は、垂直接続電極１１１を有する平板１５０を積層して反応器本体１０５を構成し、前記反応器本体１０５に形成されるチューブ孔１５１と電極孔１５２にチューブ型１４５または平板型のプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を反応器本体１０５の積層方向に対して垂直になるように挿入した後、反応器本体１０５とプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）を同時に結合させてプラズマ反応器１００を製作することも可能である。
【０１６８】
このように製作されたプラズマ反応器１００は、第１、２実施例のプラズマ反応器１００の利点をそのまま持ちながら反応器本体１０５に接合または結合されたプラス及びマイナス電極（１０１、１０２）の構造的な強度を高めることができ、プラス及びマイナス電極（１０１、１０２）と垂直接続電極１１１間の効果的な通電が可能で、配線の簡便性及び反対極性との絶縁制御が容易になるという特徴がある。
【０１６９】
以上のような本発明において、プラズマ発生電極を一側に配置して多重セルのプラズマ反応器を製造する方法は、様々な電極形状により実現することができ、様々な使用環境に適用して、優れた耐熱衝撃性及び絶縁性を有し、均一なプラズマを発生させる構造を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明によるプラズマ反応器は、気体の温度変化の激しい環境や、腐食性気体、粒子状の有害物質、多量の水分などが含まれて絶縁性を低下させるような環境、例えば、自動車エンジンの排気ガス、各種高温焼却炉の排気ガスを浄化するシステムの一部として、または高濃度のオゾン水を製造するオゾン発生機など、多様な応用製品として活用することができる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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