(57)【要約】【課題】温度変化による電極の破損を有効に防止し得るプラズマ発生電極を提供する。【解決手段】互いに対向する二以上の電極２を備えてなり、電極２相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極１であって、互いに対向する電極２のうちの少なくとも一方が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体３と、導電体４とを有してなるプラズマ発生電極１。【選択図】図１
2005093423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する二以上の電極を備えてなり、前記電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、
互いに対向する前記電極のうちの少なくとも一方が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体と、導電体とを有してなるプラズマ発生電極。
【請求項２】
互いに対向する二以上の電極を備えてなり、前記電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、
互いに対向する前記電極のうちの少なくとも一方が、熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋ以下、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体と、導電体とを有してなるプラズマ発生電極。
【請求項３】
互いに対向する二以上の電極を備えてなり、前記電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、
互いに対向する前記電極のうちの少なくとも一方が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上、熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋ以下、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体と、導電体とを有してなるプラズマ発生電極。
【請求項４】
互いに対向する二以上の前記電極が、互いに平行に配置された平板状の形状に形成されてなるとともに、少なくとも一方の前記電極を構成する前記セラミック体の内部に、前記導電体が配設されてなる請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項５】
前記セラミック体の主成分が、熱伝導制御された窒化珪素、熱伝導制御された窒化アルミニウム、緻密質コージェライト、熱膨張制御された酸化アルミニウム基複合材料、電気抵抗制御された炭化珪素基複合材料、及び熱伝導制御されたムライト基複合材料からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項６】
前記導電体の主成分が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属である請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項７】
前記導電体が、前記セラミック体に、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、化学蒸着、又は物理蒸着されて配設されたものである請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ発生電極と、所定の成分を含むガスの流路を有するケース体とを備えてなり、前記ガスが前記ケース体の内部に導入されたときに、前記プラズマ発生電極によって発生させたプラズマにより前記ガスに含まれる前記所定の成分を反応させることが可能なプラズマ反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生電極及びプラズマ反応器に関する。さらに詳しくは、温度変化による電極の破損を有効に防止し得るプラズマ発生電極及びプラズマ反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
二枚の両端を固定された電極間に誘電体を配置し高電圧の交流、あるいは周期パルス電圧をかけることにより、無声放電が発生し、これによりできるプラズマ場では活性種、ラジカル、イオンが生成され、気体の反応、分解を促進することが知られており、これをエンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガスに含まれる有害成分の除去に利用できることが知られている。
【０００３】
例えば、エンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガスを、プラズマ場内を通過させることによって、このエンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガス中に含まれる、例えば、ＮＯx、カーボン微粒子、ＨＣ、ＣＯ等を処理する、プラズマ反応器等が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６４９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンジン排気ガス等の高温の排気ガスを処理する場合に、プラズマ反応器の内部に配置されたプラズマ発生電極が熱によって破損するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、温度変化による電極の破損を有効に防止し得るプラズマ発生電極及びプラズマ反応器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明は、以下のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器を提供するものである。
【０００７】
［１］互いに対向する二以上の電極を備えてなり、前記電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、互いに対向する前記電極のうちの少なくとも一方が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体と、導電体とを有してなるプラズマ発生電極（以下、「第一の発明」ということがある）。
【０００８】
［２］互いに対向する二以上の電極を備えてなり、前記電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、互いに対向する前記電極のうちの少なくとも一方が、熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋ以下、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体と、導電体とを有してなるプラズマ発生電極（以下、「第二の発明」ということがある）。
【０００９】
［３］互いに対向する二以上の電極を備えてなり、前記電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、互いに対向する前記電極のうちの少なくとも一方が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上、熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋ以下、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体と、導電体とを有してなるプラズマ発生電極（以下、「第三の発明」ということがある）。
【００１０】
［４］互いに対向する二以上の前記電極が、互いに平行に配置された平板状の形状に形成されてなるとともに、少なくとも一方の前記電極を構成する前記セラミック体の内部に前記導電体が配設されてなる前記［１］〜［３］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１１】
［５］前記セラミック体の主成分が、熱伝導制御された窒化珪素、熱伝導制御された窒化アルミニウム、緻密質コージェライト、熱膨張制御された酸化アルミニウム基複合材料、電気抵抗制御された炭化珪素基複合材料、及び熱伝導制御されたムライト基複合材料からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物である前記［１］〜［４］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１２】
［６］前記導電体の主成分が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属である前記［１］〜［５］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１３】
［７］前記導電体が、前記セラミック体に、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、化学蒸着、又は物理蒸着されて配設されたものである前記［１］〜［６］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１４】
［８］前記［１］〜［７］のいずれかに記載のプラズマ発生電極と、所定の成分を含むガスの流路を有するケース体とを備えてなり、前記ガスが前記ケース体の内部に導入されたときに、前記プラズマ発生電極によって発生させたプラズマにより前記ガスに含まれる前記所定の成分を反応させることが可能なプラズマ反応器（以下、「第四の発明」ということがある）。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明のプラズマ発生電極は、熱膨張が低い及び／又は熱伝導が高い材料から構成されていることから、例えば、自動車のエンジンから排出される高温の排気ガスによって、このプラズマ発生電極に局所的に温度差が生じた場合であっても、熱応力を緩和させて、温度変化による歪みや破損を有効に防止することができる。さらに、本発明のプラズマ反応器は、このようなプラズマ発生電極を備えているため、均一かつ安定なプラズマを発生させることが可能であるとともに耐熱性に優れていることから、さまざまな種類のガスに対して使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明（第一〜第四の発明）のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１７】
図１は、本発明（第一の発明）のプラズマ発生電極の一の実施の形態を模式的に示す平面図である。
【００１８】
図１に示すように本実施の形態のプラズマ発生電極１は、互いに対向する二以上の電極２を備えてなり、電極２相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極１であって、互いに対向する電極２のうちの少なくとも一方が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体３と、導電体４とを有してなるものである。なお、図１において、符号１３は、対向する電極２相互間の間隔を保持するためのスペーサーを示している。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極１を構成する電極２は、誘電体としてのセラミック体３と導電体４とを有した、所謂、バリア放電型の電極２である。このバリア放電型の電極２は、互いに対向する電極２相互間に均一なプラズマを発生させることができることから、所定の成分を含むガスを、電極２間を通過させて反応させるプラズマ反応器、例えば、空気等に含まれる酸素を反応させてオゾンを精製するオゾナイザや排気ガスを処理する排気ガス処理装置等に好適に用いることができる。
【００２０】
本実施の形態のプラズマ発生電極１を構成するセラミック体３は、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることから、ジュール熱による電極２の破損が有効に防止されている。このため、電極２に急激な熱負荷があっても熱分布が小さくなり、信頼性が高く、温度分布が小さいためプラズマ効率を向上させることができる。また、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上であることから、セラミック体３の厚さを薄くして放電空間を増加させることができる。さらに、誘電率が５以上であることから、セラミック体３の電界強度が高くなり、反応効率の高いプラズマを発生させることができる。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態に用いられる電極２は、導電体４の一方の表面に誘電体となるセラミック体３が配設された平板状の形状に形成されたものであり、一の電極２のセラミック体３の表面と、対向する他の電極２のセラミック体３が配設されていない側の表面との間の空間にプラズマを有効に発生させることができる。
【００２２】
また、本発明においては、図２及び図３に示すように、互いに対向する二以上の電極２が、平行に配置された平板状の形状に形成されてなるとともに、少なくとも一方の電極２ａを構成するセラミック体３の内部に導電体４が配設されてなるものであってもよい。このように、導電体４をセラミック体３で覆うように構成することによって、例えば、プラズマ発生電極１を排気ガス処理装置として用いた場合等に、導電体４が直接排気ガスと接触することがなく、導電体４の腐食や劣化を有効に防止することが可能となる。なお、図２及び図３に示すプラズマ発生電極１においては、対向する他方の電極２ｂは、導電性を有する金属板等の従来公知の電極を好適に用いることができる。
【００２３】
また、本発明においては、図４に示すように、プラズマ発生電極１を構成する、互いに対向する電極２の両方が、誘電体となるセラミック体３と、その内部に配設された導電体４とを有するものであってもよい。
【００２４】
なお、図１、図２及び図４に示したプラズマ発生電極１においては、１０枚の電極２が保持部材（スペーサー１３）によって保持されているが、プラズマ発生電極１を構成する電極２の数はこれに限定されることはない。
【００２５】
なお、セラミック体３の熱伝導率は、５０Ｗ／ｍＫ以上であることが必要であり、１００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、絶縁破壊強度は、１０ｋＶ／ｍｍ以上であることが必要であり、１５ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。また、誘電率は、５以上であることが必要であり、８以上であることが好ましい。
【００２６】
セラミック体３の絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ未満であると、プラズマ発生電圧を高くすると、電極２の絶縁破壊が生じ、信頼性の高いリアクタ（プラズマ発生電極１）を造ることができない。また、誘電率が５未満であると、プラズマ電界強度を高くすることができず、反応効率の高いリアクタを得ることができない。熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ未満であると、急激な温度変化が生じる排気ガス雰囲気下で、温度分布が大きくなり、大きな熱応力が発生し、リアクタの破損をまねく。また温度分布の大きな条件下では、不均一なプラズマ発生となり、効率の劣るリアクタとなる。
【００２７】
上述した各値を満足するセラミック体３の主成分としては、例えば、セラミック材料の粒子の形状や粒界相成分を制御して熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上となるように調製された窒化珪素や窒化アルミニウム、緻密質コージェライト、等酸化物、窒化物、炭化物、硼化物等の複合（コンポジット）材料が挙げられる。具体的には、セラミック体の主成分が、熱伝導制御された窒化珪素、熱伝導制御された窒化アルミニウム、緻密質コージェライト、熱膨張制御された酸化アルミニウム基複合材料、電気抵抗制御された炭化珪素基複合材料、及び熱伝導制御されたムライト基複合材料からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物であることが好ましい。特に、熱伝導率が高い炭化珪素の電気抵抗を上げることができるＢＮ（窒化硼素）粒子を添加した炭化珪素基複合材料は、誘電体として機能する電極材料に適している。また、熱膨張が小さいが熱伝導が低いムライトに熱伝導を高くする目的で、炭化珪素粒子を分散させたムライト基複合材料も主成分に適している。両材料の熱膨張差が小さいので内部に発生する残留応力は小さい。焼結が困難であるが、電極形状は単純平板であるため、加圧焼成が容易に適用できる。なお、本実施の形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。
【００２８】
また、本実施の形態に用いられるセラミック体３は、水分を大量に含む排気ガス、例えば、自動車のエンジンから排出される排気ガスによって腐食劣化することがあるために、セラミック体３の表面にアルミナやムライト等からなる保護膜を設けることが好ましい。このように構成することによって、セラミック体３の耐久性を大幅に向上させることが可能となり、プラズマ発生電極１を、水分を大量に含む排気ガスの処理や、腐食性を有するガスの分解等にも有効に用いることができる。なお、この保護膜は、溶射、酸化処理、ディッピング等によって形成することができる。
【００２９】
また、図１〜図４においては、プラズマ発生電極１を構成するそれぞれの電極２が、平板状の形状に形成されてなるものを示しているが、例えば、円筒状の形状に形成されてなる電極であってもよい。平板状の電極の場合には、テープ成形、押出し成形、プレス成形、射出成形、鋳込み成形等の方法で、電極を構成するセラミック体を成形して形成することが好ましい。
【００３０】
電極２を構成する導電体４は、導電性に優れた金属を主成分とすることが好ましく、例えば、その主成分が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を好適例として挙げることができる。なお、本実施の形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。なお、導電体４が、上述した群のうち二種類以上の金属を主成分として含む場合には、それら金属の総和が、成分の６０質量％以上を占めるものとする。また、この導電体４の厚さとしては、プラズマ発生電極１の小型化、及び排気ガス等を処理する場合に、電極２相互間を通過させる被処理流体の抵抗を低減させる等の理由から、０．０１〜０．１ｍｍであることが好ましく、さらに、０．０１〜０．０３ｍｍであることが好ましい。
【００３１】
図２及び図４に示すように、プラズマ発生電極１を構成する電極２が平板状の形状であり、さらに、セラミック体３の内部に導電体４が配設されてなる場合には、セラミック体３としてテープ状のセラミック成形体（グリーンテープ）を用い、上述した導電体４は、テープ状のセラミック成形体に塗工されて配設されたものであることが好ましい。具体的な塗工の方法としては、例えば、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ、化学蒸着、物理蒸着等を好適例として挙げることができる。このような方法によれば、塗工後の表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電体４を容易に形成することができる。
【００３２】
導電体４をテープ状のセラミック成形体に塗工する際には、導電体４の主成分として挙げた金属の粉末と、有機バインダーと、テルピネオール等の溶剤とを混合して導体ペーストを調製し、上述した方法でテープ状のセラミック成形体に塗工することが好ましい。また、テープ状のセラミック成形体との密着性及び焼結性を向上させるべく、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。
【００３３】
また、電極２を構成するセラミック体３は、上述したように誘電体としての機能を有するものであり、導電体４がセラミック体３に覆われるようにして用いられることにより、導電体４単独で放電を行う場合と比較して、スパーク等の片寄った放電を減少させ、小さな放電を複数の箇所で生じさせることが可能となる。このような複数の小さな放電は、スパーク等の放電に比して流れる電流が少ないために、消費電力を削減することができ、さらに、誘電体が存在することにより、電極２相互間に流れる電流が制限されて、温度上昇を伴わない消費エネルギーの少ないノンサーマルプラズマを発生させることができる。
【００３４】
また、セラミック体３をテープ状のセラミック成形体で形成するときのテープ状のセラミック成形体の厚さについては、特に限定されることはないが、０．１〜３ｍｍであることが好ましい。テープ状のセラミック成形体の厚さが０．１ｍｍ未満であると、電極２相互間の電気絶縁性を確保することができないことがある。また、テープ状のセラミック成形体の厚さが３ｍｍを超えると、誘電体として必要とされる厚さを超えて省スペース化の妨げになることがある。
【００３５】
テープ状のセラミック成形体は、セラミック基板用のセラミックグリーンシートを好適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のスラリー又はペーストを、ドクターブレード法、カレンダー法、印刷法、リバースロールコータ法等の従来公知の手法に従って、所定の厚さとなるように成形して形成することができる。このようにして形成されたセラミックグリーンシートは、切断、切削、打ち抜き、連通孔の形成等の加工を施したり、複数枚のグリーンシートを積層した状態で熱圧着等によって一体的な積層物として用いてもよい。
【００３６】
上述したグリーンシート製作用のスラリー又はペーストは、所定のセラミック粉末に適当なバインダー、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して調製したものを好適に用いることができ、例えば、このセラミック粉末としては、アルミナ、ムライト、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウム等の粉末を好適例として挙げることができる。焼結助剤は、セラミック粉末１００質量部に対して、３〜１０質量部加えることが好ましい。可塑剤、分散剤及び有機溶媒については、従来公知の方法に用いられている可塑剤、分散剤及び有機溶媒を好適に用いることができる。
【００３７】
また、本実施の形態に用いられるセラミック体３は、その気孔率が、０．１〜１０％であることが好ましく、さらに０．１〜３％であることが好ましい。このように構成することによって、互いに対向する電極２相互間に効率よくプラズマを発生させることが可能となり、省エネルギー化を実現することができる。
【００３８】
以下、本実施の形態のプラズマ発生電極１の製造方法について具体的に説明する。ここでは、図４に示すような、セラミック体３の内部に導電体４が配設された、平板状の電極２を備えたプラズマ電極１の製造方法について説明する。
【００３９】
このプラズマ発生電極を構成する電極は、例えば、窒化アルミニウムにイットリア（Ｙ2Ｏ3）を添加した材料で作製したテープを用いることによって形成することができる。例えば、まず、特開平６−２６３５２２号公報によって開示されているように、市販の窒化アルミニウム粉末とイットリア（Ｙ2Ｏ3）粉末にポリメタクリル酸ｎ−ブチルを成形用有機バインダーとして加え、トルエンを溶剤としてボールミル混合した材料を用いてグリーンシート用のスラリーを調製する。このスラリーは、高い熱伝導率のセラミック体を形成することができる。
【００４０】
次に、得られたグリーンシート用のスラリーを、減圧下で攪拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。このように調製したグリーンシート用のスラリーをドクターブレード法等のテープ成形法によってテープ状に成形して未焼成セラミック体（セラミック成形体）を形成する。
【００４１】
一方、得られた未焼成セラミック体の一方の表面に配設する導電体を形成するための導体ペーストを調製する。この導体ペーストは、例えば、モリブデン粉末にバインダー及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミルを用いて十分に混練して得ることができる。
【００４２】
このようにして得られた導体ペーストを、未焼成セラミック体の表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の導電体を形成する。また、電極を形成した後に、セラミック体の内部に配設された導電体に外部から電気を供給することができるように、導電体を未焼成セラミック体の外周部まで延設するように印刷して外部からの通電部分を確保しておく。
【００４３】
次に、導電体を印刷した未焼成セラミック体と、他の未焼成セラミック体とを、印刷した導電体を覆うようにして積層する。未焼成セラミック体を積層する際には、温度１００℃、圧力１０ＭＰａで押圧しながら積層することが好ましい。
【００４４】
次に、導電体を挟持した状態で積層した未焼成セラミック体を焼成して、誘電体となる板状のセラミック体と、このセラミック体の内部に配設された導電体とを有してなる電極を形成する。その後、この電極を、所定の間隔で互いに対向配置させてプラズマ発生電極を製造する。
【００４５】
なお、図１に示すような、導電体４の表面にセラミック体３が配設された電極２を形成する場合には、上述した未焼成セラミック体を形成し、その一方の表面に導体ペーストを印刷して、それを焼成することによって形成することができる。また、上述したスラリーをテープ状に成形したものを、そのまま焼成してセラミック体を得、得られたセラミック体を導電体と接着させることによって形成することができる。
【００４６】
次に、本発明（第二の発明）のプラズマ発生電極の一の実施の形態について具体的に説明する。本実施の形態のプラズマ発生電極は、互いに対向する二以上の電極を備えてなり、電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、互いに対向する電極のうちの少なくとも一方が、熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋ以下、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体と、導電体とを有してなるものである。このように構成することによって、第一の発明の一の実施の形態のプラズマ発生電極と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
本実施の形態のプラズマ発生電極は、セラミック体が、その熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋ以下、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上であること以外は、図１に示した第一の発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態（プラズマ発生電極１）と同様に構成されていることが好ましい。また、図２及び図４に示すような、セラミック体３の内部に導電体４が配設されてなる電極２ａを備えてなるものであってもよい。
【００４８】
例えば、本実施の形態のプラズマ発生電極を構成する電極は、コージェライトの押出成形によって、形成することができる。この押出工程の条件を制御することにより、気孔率が３％以下の緻密なコージェライトの平板を作製できる。このような緻密なコージェライトは、コージェライト原料の篩通しの条件を精査することにより、大きな気孔や粗大粒子の存在しない、曲げ強度が１００ＭＰａ以上の緻密質コージェライト平板を得ることができ、この押出平板を積層することにより、本実施の形態に用いられるセラミック体の条件を満足する電極を形成することができる。
【００４９】
また、本実施の形態に用いられる電極は、例えば、窒化珪素のテープ成形体で作られた平板をセラミック体として用いても形成することができる。具体的には、窒化珪素にアルミナ粉末とイットリア（Ｙ2Ｏ3）粉末を焼結助剤としてアクリル系有機バインダー、可塑剤、トルエン及びアルコール系溶剤を樹脂製ポットに入れ、窒化珪素ボールで混合し、ドクターブレード法でグリーンテープを作製する。タングステン粉末、アクリル系有機バインダー及びテルピネオール系有機溶剤を十分に混練し、印刷用の導体ペーストを調製する。この導体ペーストをグリーンテープに印刷し、他のグリーンテープを印刷面を覆うように積層し、窒素雰囲気下で焼成することによって形成することができる。
【００５０】
また、熱膨張が高い酸化アルミニウムに、熱膨張が低いコージェライト、ムライト、炭化珪素粒子等を分散させた酸化アルミニウム基複合材料も誘電体として機能する電極材料に適している。コージェライト粒子は酸化アルミニウムの熱膨張を大きく下げるが、熱伝導を低下させるため、熱伝導率の高い炭化珪素粒子の複合添加がさらに好ましい。酸化アルミニウム複合材料は、電気抵抗が高く、誘電率も大きく、複合材料化することにより熱膨張率を下げることで、熱衝撃での信頼性が向上できる。
【００５１】
次に、本発明（第三の発明）のプラズマ発生電極の一の実施の形態について具体的に説明する。互いに対向する二以上の電極を備えてなり、電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、互いに対向する電極のうちの少なくとも一方が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上、熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋ以下、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上の、誘電体としてのセラミック体と、導電体とを有してなるものである。このように構成することによって、温度変化による電極の破損を有効に防止することができる。
【００５２】
本実施の形態のプラズマ発生電極は、セラミック体が、その熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上、熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋ以下、絶縁破壊強度が１０ｋＶ／ｍｍ以上、及び誘電率が５以上であること以外は、図１に示した第一の発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態（プラズマ発生電極１）と同様に構成されていることが好ましい。また、図２及び図４に示すような、セラミック体３の内部に導電体４が配設されてなる電極２ａを備えてなるものであってもよい。
【００５３】
例えば、本実施の形態のプラズマ発生電極を構成する電極は、特公平７−２７９９５号公報に記載されたセラミック配線基板や特公平８−９５０６号公報に記載された窒化珪素体で開示されているように、アルミニウムの含有量が０．３％以下の窒化珪素を用いることによって形成することができる。具体的には、例えば、イットリア（Ｙ2Ｏ3）粉末と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とを焼結助剤として、アルミニウムの含有量が０．１％以下の窒化珪素原料を混合して、セラミック成形体を作製し、このセラミック成形体の表面の一方に導電膜を形成し、他のセラミック成形体と重ねて圧力を負荷することによって、一体型の電極を形成することができる。
【００５４】
次に、本発明（第四の発明）のプラズマ反応器の一の実施の形態について具体的に説明する。図５（ａ）は、本発明（第四の発明）のプラズマ反応器の一の実施の形態を、被処理流体（ガス）の流れ方向を含む平面で切断した断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００５５】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施の形態のプラズマ反応器１１は、図１に示したような本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態（プラズマ発生電極１）と、所定の成分を含むガスの流路を有するケース体１２とを備えてなり、このガスがケース体１２の内部に導入されたときに、プラズマ発生電極１によって発生させたプラズマにより、ガスに含まれる所定の成分を反応させることが可能なものである。本実施の形態のプラズマ反応器１１は、排気ガス処理装置や、空気等に含まれる酸素を反応させてオゾンを精製するオゾナイザ等に好適に用いることができる。特に、本実施の形態のプラズマ反応器１１は、第一の発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態（プラズマ発生電極１）を備えてなることから、熱応力が緩和されており、エンジンや焼却炉等から排出される高温の排気ガスを処理する処理装置等に好適に用いることができる。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したプラズマ反応器１１においては、第一の発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態（プラズマ発生電極１）を備えてなるものであるが、第二又は第三の発明のプラズマ発生電極の実施の形態を備えてなるものであってもよい。
【００５６】
本実施の形態のプラズマ反応器１１を構成するケース体１２の材料としては、特に制限はないが、例えば、優れた導電性を有するとともに、軽量かつ安価であり、熱膨張による変形の少ないフェライト系ステンレス等であることが好ましい。
【００５７】
また、図示は省略するが、本実施の形態のプラズマ反応器においては、プラズマ発生電極に電圧を印加するための電源をさらに備えていてもよい。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流を供給することが可能なものであれば、従来公知の電源を好適に用いることができる。
【００５８】
また、本実施の形態のプラズマ反応器においては、上述したように電源を備えた構成とせずに、外部の電源から電流を供給するような構成としてもよい。
【００５９】
本実施の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、発生させるプラズマの強度によって適宜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系中に設置する場合には、プラズマ発生電極に供給する電流が、電圧が１ｋＶ以上の直流電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ１秒あたりのパルス数が１００以上（１００Ｈｚ以上）であるパルス電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ周波数が１００以上（１００Ｈｚ以上）である交流電流、又はこれらのいずれか二つを重畳してなる電流であることが好ましい。このように構成することによって、効率よくプラズマを発生させることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６１】
（実施例１）
焼結助剤としてイットリア及びマグネシアを含む窒化珪素テープ成形体の片側に、タングステンを９５質量％含むメタライズペーストを、直径が３ｍｍの複数の貫通孔を持ち、隣接する貫通孔の中心間隔が５ｍｍで規則的に配列した形状に印刷し、印刷面が内側になるように、印刷していないもう一つの窒化珪素テープ成形体と積層し、窒素雰囲気で焼成して、セラミック体の内部に配設された導電体を有する電極を形成した。この電極の厚さは１ｍｍであった。
【００６２】
この電極の熱伝導率、熱膨張、絶縁破壊強度、及び誘電率を測定したところ、熱伝導率は、７５Ｗ／ｍＫ、熱膨張は３．４ｐｐｍ／Ｋ、絶縁破壊強度は１５ｋＶ／ｍｍ、誘電率は８であった。また、得られた電極を２０枚対向配置させ、プラズマ発生電極を製造した。サイリスタ素子を用いたパルス電源に接続し、５００Ｈｚで放電試験（絶縁破壊試験）を行った。均一で安定な放電を得ることができ、２０枚全ての電極で絶縁破壊は起きなかった。このプラズマ発生電極によって発生させたプラズマ内に、ＮＯを含む排気ガスを通気したところ、良好なＮＯのＮＯ2変換効率を得た。また、このプラズマ発生電極を９００℃の温度条件で使用したが、熱膨張による破損は確認されなかった。さらに９００℃の高温ガスと室温の冷却ガスを交互に流す熱衝撃試験を行ったが、２０枚の電極全てに損傷は認められなかった。本実施例に用いられた電極を構成するセラミック体の、主成分、熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、熱膨張率（ｐｐｍ／Ｋ）、絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）及び誘電率と、熱衝撃試験及び絶縁破壊試験の結果とを表１に示す。表１において、破損や亀裂が確認されなかった場合は○とし、破損や亀裂が確認された場合は×とした。
【００６３】
【表１】
2005093423.tif 000003
【００６４】
（実施例２）
焼結助剤としてイットリアを含む窒化アルミニウムでセラミック体を形成し、その内部に導電膜を有する平板状の電極を作製した。本実施例に用いられた電極を構成するセラミック体の、主成分、熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、熱膨張率（ｐｐｍ／Ｋ）、絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）及び誘電率と、熱衝撃試験及び絶縁破壊試験の結果とを表１に示す。高熱伝導の窒化アルミニウム電極も９００℃の熱衝撃試験で破損することはなかった。但し、水分（Ｈ2Ｏ）を含む雰囲気ではセラミック体の表面に劣化が生じることがあるために、アルミナ、ムライト等の保護膜（酸化物被覆）を設けることが好ましいことが判明した。
【００６５】
（実施例３）
緻密質コージェライトを用い、押出成形で平板状の電極を作製した。本実施例に用いられた電極を構成するセラミック体の、主成分、熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、熱膨張率（ｐｐｍ／Ｋ）、絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）及び誘電率と、熱衝撃試験及び絶縁破壊試験の結果とを表１に示す。放電試験（絶縁破壊試験）で絶縁破壊を起こす電極はなかった。９００℃での熱衝撃試験でも全ての電極が健全であった。
【００６６】
（実施例４）
イットリアとアルミナを焼結助剤とした窒化珪素でセラミック体を形成して電極を作製した。本実施例に用いられた電極を構成するセラミック体の、主成分、熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、熱膨張率（ｐｐｍ／Ｋ）、絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）及び誘電率と、熱衝撃試験及び絶縁破壊試験の結果とを表１に示す。本実施例に用いられたセラミック体の熱伝導率は、実施例１より低いが、強度が８００ＭＰａであるため、電極の厚さを０．５ｍｍとして作製した。この電極は、絶縁破壊を生じることなく、９００℃の熱衝撃試験でも損傷は認められなかった。
【００６７】
（比較例１）
９９．５％のアルミナで平板状の電極を作製した。本比較例に用いられた電極を構成するセラミック体の、主成分、熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、熱膨張率（ｐｐｍ／Ｋ）、絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）及び誘電率と、熱衝撃試験及び絶縁破壊試験の結果とを表１に示す。絶縁破壊を起こすことなく、均一な放電は得られた。電極の両端を支持した構造では、６００℃の熱衝撃試験では全ての電極が健全であったが、８００℃の熱衝撃試験で、２０枚中２枚の電極で亀裂が観察された。
【００６８】
（比較例２）
気孔率が２０％のコージェライトで平板状の電極を作製した。本比較例に用いられた電極を構成するセラミック体の、主成分、熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、熱膨張率（ｐｐｍ／Ｋ）、絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）及び誘電率と、熱衝撃試験及び絶縁破壊試験の結果とを表１に示す。９００℃の熱衝撃試験で、２０枚全ての電極に損傷は認められなかった。しかし、放電試験（絶縁破壊試験）で、均一な放電が得られる前に、絶縁破壊が生じて、ガス改質に使用できるプラズマ状態を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明のプラズマ発生電極は、熱膨張が低い及び／又は熱伝導が高い材料から構成されていることから、例えば、自動車のエンジンから排出される高温の排気ガスを処理するためのプラズマを発生させる電極として好適に用いることができる。この際、局所的にプラズマ発生電極に温度差が生じたとしても、熱応力を緩和させて、温度変化による歪みや破損を有効に防止することができる。さらに、本発明のプラズマ反応器は、このようなプラズマ発生電極を備えており、均一かつ安定なプラズマを発生させることが可能であるとともに耐熱性に優れていることから、さまざまな種類のガスに対して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明（第一の発明）のプラズマ発生電極の一の実施の形態を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明（第一の発明）のプラズマ発生電極の他の実施の形態を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明（第一の発明）のプラズマ発生電極の他の実施の形態の互いに対向する電極を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明（第一の発明）のプラズマ発生電極の他の実施の形態を模式的に示す平面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明（第四の発明）のプラズマ反応器の一の実施の形態を、被処理流体の流れ方向を含む平面で切断した断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…プラズマ発生電極、２，２ａ，２ｂ…電極、３…セラミック体、４…導電体、１１…プラズマ反応器、１２…ケース体、１３…スペーサー。
【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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