(57)【要約】【課題】  固体電解質からなる酸素マイナスイオン発生部材の十分な強度の確保、及び酸素マイナスイオンの放出量の増加を図ることができるようにする。【解決手段】  円筒状の酸素マイナスイオン発生部材１及びその先端に一体に設けた円板状の酸素マイナスイオン放出部１ａを形成する基体１ｃを、固体電解質としての強度のあるジルコニアで形成して、基体１ｃの表面（サークルランプ２２側）のツバ部１ｂを除く全面に、固体電解質としての酸素マイナスイオンを発生させるカルシウム・アルミネートからなる薄層２５を被膜したことにより、酸素マイナスイオンの安定した多数の放出とともに、酸素マイナスイオン発生部材１の強度を高めることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質からなる酸素マイナスイオン発生部材と、前記酸素マイナスイオン発生部材の酸素マイナスイオン放出側表面と反対側の背面に形成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発生部材の酸素マイナスイオン放出側表面の前方に設けた多数の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発生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発生部材の前記第１電極を設けた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発生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発生部材の前記第１電極を設けた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発生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発生部材の酸素マイナスイオン放出側表面から前記第２電極の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であって、
前記酸素マイナスイオン発生部材を、カルシウム・アルミネートよりも強度の高い固体電解質からなる基体に、該基体の前記第２電極側の表面に酸素マイナスイオンを発生させる固体電解質からなる薄層を被覆して形成した、
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】
前記基体は、ジルコニア又はイットリア安定ジルコニアである、
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】
前記第１電極を、前記酸素マイナスイオン発生部材を形成する前記基体の前記薄層を被覆した表面と反対側の背面全体に形成した、
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。
【請求項４】
前記酸素マイナスイオン発生部材は、一端側が開口して他端側が円板状の酸素マイナスイオン放出部で封止された円筒形状をしており、前記酸素マイナスイオン放出部の酸素マイナスイオンが放出される表面側の前方に前記第２電極が設置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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放出部を加熱した状態で、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放出部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、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００３】
また、上記特許文献１における酸素マイナスイオン放出部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提案されている。
【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カルシウム・アルミネート（（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・マンガネートなどの導電性材料で形成されており、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（マイナス電位）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、イオン発生容器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４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を介して酸素ボンベ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カルシウム・アルミネート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。
【特許文献１】特願２００２−１７１６３１号公報（図１）
【特許文献２】特開平６−２４８４８１号公報
【特許文献３】国際公開第ＷＯ ０３／０５００３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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、上記したように酸素マイナスイオン放出部１ａを含む酸素マイナスイオン発生部材１全体が、固体電解質としてのカルシウム・アルミネート（（ＣａＯ）12（Ａｌ2Ｏ3）7）で作製されている。
【００１６】
このカルシウム・アルミネート自体の強度はさほど大きくない。即ち、破壊、箭断応力等の値は殆ど一般的なガラスに近く、外部からの応力はもとより加熱による歪や熱応力でも破断する場合がる。このため、従来では、カルシウム・アルミネート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の形状（角部を丸くする、厚みを厚くする等）や加熱方法（局所的な温度差が小さくなるように加熱する等）を改善しているが、外部からの衝撃や取り扱いにおいて、信頼性としてはまだ不十分である。
【００１７】
また、上記した従来の酸素マイナスイオン発生装置１００では、酸素マイナスイオン発生部材１の円筒状の全長は１００ｍｍ程度で、酸素マイナスイオン放出部１ａの直径は２３ｍｍ程度であるが、今後、酸素マイナスイオン発生部材１のさらなる大型化を進める上で、上記したようにその形状や加熱方法を改善するだけでは強度の維持には限界があった。
【００１８】
更に、上記した従来の酸素マイナスイオン発生装置１００のように、酸素マイナスイオン発生部材１を固体電解質としてのカルシウム・アルミネートで形成した場合では、酸素マイナスイオンを放出する最適な温度は８００℃〜９００℃程度であるが、この温度に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と、酸素供給側である背面側も約８００℃近くの温度に達する。
【００１９】
このため、酸素マイナスイオン発生部材１は酸素を取込むことよりも放出するようになることの方が優勢となり、酸素マイナスイオン放出部１ａの表面側（引出し電極７側）に放出される酸素マイナスイオンに応じた電流値は、酸素マイナスイオン放出部１ａの背面側（引出し電極７側と反対側）から取込まれて伝導される酸素マイナスイオンの供給律速で制限されて約１μＡ程度となり、酸素マイナスイオン放出部１ａ表面からの酸素マイナスイオンの放出は少なかった。
【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発生部材の十分な強度を確保できるようにして、大型化した場合においても、酸素マイナスイオン発生部材に破壊等が生じることのない強度を確保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】
また、本発明は、酸素マイナスイオン発生部材に取込まれる酸素量を増やして、酸素マイナスイオンの放出量の増加を図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。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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発生部材と、前記酸素マイナスイオン発生部材の酸素マイナスイオン放出側表面と反対側の背面に形成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発生部材の酸素マイナスイオン放出側表面の前方に設けた多数の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発生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発生部材の前記第１電極を設けた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発生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発生部材の前記第１電極を設けた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発生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発生部材の酸素マイナスイオン放出側表面から前記第２電極の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であって、酸素マイナスイオン発生部材を、カルシウム・アルミネートよりも強度の高い固体電解質からなる基体に、該基体の前記第２電極側の表面に酸素マイナスイオンを発生させる固体電解質からなる薄層を被覆して形成したことを特徴としている。
【００２３】
また、前記基体は、ジルコニア又はイットリア安定ジルコニアであることを特徴としている。
【００２４】
また、前記第１電極を、前記酸素マイナスイオン発生部材を形成する前記基体の前記薄層を被覆した表面と反対側の背面全体に形成したことを特徴としている。
【００２５】
また、前記酸素マイナスイオン発生部材は、一端側が開口して他端側が円板状の酸素マイナスイオン放出部で封止された円筒形状をしており、前記酸素マイナスイオン放出部の酸素マイナスイオンが放出される表面側の前方に前記第２電極が設置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、酸素マイナスイオン発生部材を、カルシウム・アルミネートよりも強度の高い固体電解質からなる基体に、該基体の前記第２電極側の表面に酸素マイナスイオンを発生させる固体電解質からなる薄層を被覆して形成したことにより、酸素マイナスイオンの放出とともに、酸素マイナスイオン発生部材の強度を高めることが可能となり、酸素マイナスイオン発生部材を大型化した場合においても、破壊等が生じることのない強度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
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の外周面と数ｍｍの隙間を設けてリング状のハロゲンランプ（以下、サークルランプという）２２が設置されている。サークルランプ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、サークルランプ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。
【００３０】
そして、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、円筒状の酸素マイナスイオン発生部材１を形成する基体１ｃは、固体電解質としての強度のあるジルコニア（ＺｒＯ2）で形成されており、基体１ｃの表面（サークルランプ２２側）のツバ部１ｂを除く全面には、固体電解質としての酸素マイナスイオンを発生させるカルシウム・アルミネート（（ＣａＯ）12（Ａｌ2Ｏ3）7）からなる薄層２５が被膜されている。カルシウム・アルミネート（（ＣａＯ）12（Ａｌ2Ｏ3）7）からなる薄層２５は、例えば公知のプラズマ溶射法などによって被膜することができる。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の厚みは３ｍｍで、他の部分の厚みは２ｍｍである。また、薄層２５の厚みは約１００μｍである。
【００３１】
更に、上記基体１ｃの内面（引出し電極７側の表面と反対側の背面）の全面には、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成膜されている。電極４は、０．５μｍ〜１μｍの厚みからなる白金、金、ランタン・マンガネートなどの導電性材料で形成されており、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。
【００３２】
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の全長（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、サークルランプ２２のランプ管の直径：１０ｍｍ、サークルランプ２２の出力：１６０Ｗ〜３００Ｗ、サークルランプ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。
【００３３】
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、ランプ電源（不図示）からの通電によりサークルランプ２２を発熱させる。サークルランプ２２の発熱によってサークルランプ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。
【００３４】
酸素マイナスイオン発生部材１の外側に設けたサークルランプ２２の発熱によって、酸素マイナスイオン放出部１ａの表面側全面が輻射によって効果的に均一に加熱される。外側のサークルランプ２２による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が発生する８００℃程度となる。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
この際、本実施の形態では、酸素マイナスイオン発生部材１を形成する基体１ｃの内面（引出し電極７側の表面と反対側の背面）の全面に、導電性の金属からなる電極４を成膜したことにより、酸素マイナスイオン放出部１ａからツバ部１ｂ間で温度勾配が生じる（ツバ部１ｂ側の方が低くなる）ことによって、酸素を酸素マイナスイオン放出部１ａ側に取込むのに最適な温度領域（５００℃〜６００℃程度）が存在することになり、酸素マイナスイオン発生部材１の中に酸素を効率よく取込むようになる。
【００３８】
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に設けた多数の細孔を通過して真空チャンバー２１内に放出される。
【００３９】
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２０μＡ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。
【００４０】
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放出部１ａを含む酸素マイナスイオン発生部材１を形成する基体１ｃを、固体電解質としての強度のあるジルコニア（ＺｒＯ2）で形成し、その表面に、固体電解質としての酸素マイナスイオンを発生させるカルシウム・アルミネート（（ＣａＯ）12（Ａｌ2Ｏ3）7）からなる薄層２５を被膜したことによって、酸素マイナスイオンの放出とともに、酸素マイナスイオン発生部材１の強度を高めることが可能となり、酸素マイナスイオン発生部材１を大型化した場合においても、破壊等が生じることのない強度を確保することができる。
【００４１】
また、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を形成する基体１ｃの内面の全面に、導電性の金属からなる電極４を成膜したことにより、酸素を酸素マイナスイオン放出部１ａ側に取込むのに最適な温度領域（５００℃〜６００℃程度）を得ることができるので酸素を取込む面積が増え、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。
【００４２】
なお、上述した実施の形態では、酸素マイナスイオン放出部１ａを含む酸素マイナスイオン発生部材１を形成する基体１ｃを、固体電解質としての強度のあるジルコニア（ＺｒＯ2）で形成したが、これに限定されることはなく、これ以外にも例えば、イットリア安定ジルコニア（Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2）等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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】
【００４４】
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
１ｂ      ツバ部
１ｃ      基体
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      サークルランプ（加熱手段）
２５      薄層
３０      酸素マイナスイオン発生装置
【図１】
2005089847.tif 000003
【図２】
2005089847.tif 000004