(57)【要約】【課題】互いに対向する単位電極相互間に、低い投入エネルギーで、安定なプラズマを発生させ、部分的に強い電界領域を均等に形成することが可能なプラズマ発生電極を提供する。【解決手段】互いに対向する二つ以上の単位電極２を備え、単位電極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、互いに対向する単位電極２のうちの少なくとも一方が、板状のセラミック誘電体３と、このセラミック誘電体３の内部に、その膜厚方向に所定の間隔を隔てた状態で配設された複数の導電膜４とを有し、単位電極２を構成する複数の導電膜４のうちの少なくとも一枚に、膜厚方向に貫通した複数の貫通孔５が形成されてなるプラズマ発生電極１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する二つ以上の単位電極を備え、前記単位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単位電極のうちの少なくとも一方が、板状のセラミック誘電体と、前記セラミック誘電体の内部に、その膜厚方向に所定の間隔を隔てた状態で配設された複数の導電膜とを有し、前記単位電極を構成する複数の前記導電膜のうちの少なくとも一枚に、前記膜厚方向に貫通した複数の貫通孔が形成されてなるプラズマ発生電極。
【請求項２】
前記単位電極を構成する複数の前記導電膜の少なくとも二枚に、複数の前記貫通孔が、それぞれの前記導電膜において異なる配列パターン及び／又は異なる開口面積となるように形成されてなる請求項１に記載のプラズマ発生電極。
【請求項３】
前記貫通孔の形状が、前記膜厚方向に垂直な平面で切断した断面形状が一部に円弧を含む形状である請求項１又は２に記載のプラズマ発生電極。
【請求項４】
前記単位電極を構成する複数の前記導電膜の少なくとも二枚に複数の前記貫通孔が形成された場合に、前記膜厚方向に垂直な平面における、一の前記導電膜の複数の前記貫通孔の形成位置と、他の前記導電膜の複数の前記貫通孔の形成位置とがそれぞれ異なる請求項２又は３に記載のプラズマ発生電極。
【請求項５】
前記単位電極を構成する複数の前記導電膜の少なくとも二枚に複数の前記貫通孔が形成された場合に、前記膜厚方向に垂直な平面における、一の前記導電膜の複数の前記貫通孔の形成位置と、他の前記導電膜の複数の前記貫通孔の形成位置との少なくとも一部が重なる請求項２又は３に記載のプラズマ発生電極。
【請求項６】
前記単位電極が、二つ以上の導電端子をさらに有し、複数の前記導電膜にそれぞれ別の電圧を印加することが可能な請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項７】
前記単位電極が、複数の前記導電膜がそれぞれ同一の電源に接続可能な一つの導電端子をさらに有し、複数の前記導電膜に同一の電圧を印加することが可能な請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項８】
前記導電膜が、前記セラミック誘電体にスクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、インクジェット、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１〜７のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項９】
請求項１〜８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（ガス流路）を内部に有するケース体とを備え、前記ガスが前記ケース体の前記ガス流路に導入されたときに、前記プラズマ発生電極で発生したプラズマにより前記ガスに含まれる前記所定の成分が反応することが可能なプラズマ反応器。
【請求項１０】
前記プラズマ発生電極に電圧を印加するための一つ以上のパルス電源をさらに備えた請求項９に記載のプラズマ反応器。
【請求項１１】
前記パルス電源が、その内部に少なくとも一つのＳＩサイリスタを有する請求項１０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、プラズマ発生電極及びプラズマ反応器に関する。さらに詳しくは、互いに対向する単位電極相互間に、低い投入エネルギーで、安定なプラズマを発生させ、部分的に強い電界領域を均等に形成することが可能な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、窒素酸化物（ＮＯx）、カーボン微粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等を処理する、プラズマ排ガス処理システムが開示されている（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、上述したプラズマ排ガス処理システムに用いられるプラズマ発生電極においては、安定かつ均一なプラズマを低エネルギーで発生させることができないという問題があった。特に、従来の平行平板方式の誘電体を利用したバリア放電形成では、誘電体の厚さの分だけ、実質的な電極としての導電体の相互間の距離が長くなるため、高いエネルギー注入が必要であ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、互いに対向する単位電極相互間に、低い投入エネルギーで、安定なプラズマを発生させ、部分的に強い電界領域を均等に形成することが可能な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】
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］互いに対向する二つ以上の単位電極を備え、前記単位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単位電極のうちの少なくとも一方が、板状のセラミック誘電体と、前記セラミック誘電体の内部に、その膜厚方向に所定の間隔を隔てた状態で配設された複数の導電膜とを有し、前記単位電極を構成する複数の前記導電膜のうちの少なくとも一枚に、前記膜厚方向に貫通した複数の貫通孔が形成されてなるプラズマ発生電極。
【０００８】
［２］前記単位電極を構成する複数の前記導電膜の少なくとも二枚に、複数の前記貫通孔が、それぞれの前記導電膜において異なる配列パターン及び／又は異なる開口面積となるように形成されてなる前記［１］に記載のプラズマ発生電極。
【０００９】
［３］前記貫通孔の形状が、前記膜厚方向に垂直な平面で切断した断面形状が一部に円弧を含む形状である前記［１］又は［２］に記載のプラズマ発生電極。
【００１０】
［４］前記単位電極を構成する複数の前記導電膜の少なくとも二枚に複数の前記貫通孔が形成された場合に、前記膜厚方向に垂直な平面における、一の前記導電膜の複数の前記貫通孔の形成位置と、他の前記導電膜の複数の前記貫通孔の形成位置とがそれぞれ異なる前記［２］又は［３］に記載のプラズマ発生電極。
【００１１】
［５］前記単位電極を構成する複数の前記導電膜の少なくとも二枚に複数の前記貫通孔が形成された場合に、前記膜厚方向に垂直な平面における、一の前記導電膜の複数の前記貫通孔の形成位置と、他の前記導電膜の複数の前記貫通孔の形成位置との少なくとも一部が重なる前記［２］又は［３］に記載のプラズマ発生電極。
【００１２】
［６］前記単位電極が、二以上の導電端子をさらに有し、複数の前記導電膜にそれぞれ別の電圧を印加することが可能な前記［１］〜［５］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１３】
［７］前記単位電極が、複数の前記導電膜がそれぞれ同一の電源に接続可能な一つの導電端子をさらに有し、複数の前記導電膜に同一の電圧を印加することが可能な前記［１］〜［６］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１４】
［８］前記導電膜が、前記セラミック誘電体にスクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、インクジェット、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］〜［７］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１５】
［９］前記［１］〜［８］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（ガス流路）を内部に有するケース体とを備え、前記ガスが前記ケース体の前記ガス流路に導入されたときに、前記プラズマ発生電極で発生したプラズマにより前記ガスに含まれる前記所定の成分が反応することが可能なプラズマ反応器。
【００１６】
［１０］前記プラズマ発生電極に電圧を印加するための一つ以上のパルス電源をさらに備えた前記［９］に記載のプラズマ反応器。
【００１７】
［１１］前記パルス電源が、その内部に少なくとも一つのＳＩサイリスタを有する前記［１０］に記載のプラズマ反応器。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のプラズマ発生電極は、互いに対向する単位電極相互間に、低い投入エネルギーで、安定なプラズマを発生させ、部分的に強い電界領域を均等に形成することができる。また、本発明のプラズマ反応器は、上述したプラズマ発生電極を備えてなることから、低い投入エネルギーで所定の成分を含むガスを反応させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本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。
【００２０】
図１は、本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斜視図である。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、互いに対向する二つ以上の単位電極２を備え、単位電極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、互いに対向する単位電極２のうちの少なくとも一方が、板状のセラミック誘電体３と、このセラミック誘電体３の内部に、その膜厚方向に所定の間隔を隔てた状態で配設された複数の導電膜４とを有し、単位電極２を構成する複数の導電膜４のうちの少なくとも一枚に、膜厚方向に貫通した複数の貫通孔５が形成されてなるものである。このように構成することによって、互いに対向する単位電極２相互間に、低い投入エネルギーで、安定なプラズマを発生させ、部分的に強い電界領域を均等に形成することができる。なお、単位電極２を構成する複数の導電膜４において、一つの単位電極２の内部に対向配置された導電膜４の間はセラミック誘電体３で満たされている。
【００２１】
現在、プラズマを発生させるための電極としては、一枚の導電体（導電膜）を誘電体の中に配設したバリア放電型の電極や、対向配置された導電体（導電膜）の少なくとも一方の表面に誘電体を配設したバリア放電型の電極等が主流であり、このようなバリア放電型の電極は、スパーク等の片寄った放電を減少させることができ、より均一なプラズマを発生させることができる。しかし、実際には、単に誘電体を用いただけでは、その誘電体の全面に均一な電位を持つような放電を生じさせることは困難であり、特に、導電体（導電膜）が板状の場合には、誘電体の表面の不特定箇所に点を起点とする局所的な放電が起こり、十分に均一といえるプラズマを発生させることは困難であった。また、導電体の相互間に誘電体を挟むため、放電空間を確保するためには、導電体の相互間距離が長くなり、高い放電電圧を必要とし、結果として高い投入エネルギーを要するという問題があった。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、導電膜４のうちの少なくとも一枚に形成された複数の貫通孔５の外周部が放電の起点となるとともに、その導電膜４に、例えば、所定の配列パターンとなるように複数の貫通孔５が形成されていることから、従来のバリア放電型の電極と比較して、より均一なプラズマを発生させることができる。また、例えば、導電膜４が一枚であると、その導電膜４に貫通孔５を形成した場合に、その貫通孔５の内側（空隙部）は放電が起きないことになるが、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、複数の導電膜４を配設することにより、例えば、一の導電膜４ａに形成された貫通孔５ａの空隙部には、他の導電膜４ｂにより放電を生じさせることが可能となり、均一なプラズマを効率よく発生させることができる。このようなことから、本実施の形態のプラズマ発生電極１は、所定の成分を含むガスを反応させるプラズマ反応器、例えば、自動車のエンジンや燃焼炉等から排出される排気ガスを処理する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用いることができる。
【００２３】
図１に示すプラズマ発生電極１においては、セラミック誘電体３の内部に導電膜４が二枚配設され、その一枚に複数の貫通孔５が形成されているが、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、複数の導電膜４の少なくとも一枚に貫通孔５が形成されていればよいことから、特に限定されることはないが、例えば、図２に示すように、単位電極２を構成する複数の導電膜４（図２においては二枚の導電膜４ａ，４ｂ）の少なくとも二枚（図２においては二枚全て）に、複数の貫通孔５（５ａ，５ｂ）が、それぞれの導電膜４ａ，４ｂにおいて異なる配列パターン及び／又は異なる開口面積となるように形成されてなるものであることが好ましい。実際、導電膜４が一枚であると、貫通孔５を形成することにより導電膜４の表面積が減少して高密度のプラズマを発生させることが難しくなるのであるが、このように構成することによって、導電膜４の実質的な表面積を減少させることなく、導電膜４の表面に対する貫通孔５の占める割合が増加し、より安定したプラズマを発生させることができる。
【００２４】
また、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、貫通孔５の形状が、膜厚方向に垂直な平面で切断した断面形状が一部に円弧を含む形状であることが好ましい。このように断面形状が一部に円弧を含む形状であると、貫通孔５の形状に沿って比較的に強い放電を連続的に起させ、安定かつ均一なプラズマを単位電極２相互間の全域に発生させることができる。なお、図１及び図２においては、膜厚方向に垂直な平面で切断した断面の形状が円形である貫通孔５を示しているが、これに限定されることはなく、楕円形や、多角形の頂点が円弧状に丸められた形状等であってもよい。貫通孔５の膜厚方向に垂直な平面で切断した断面の形状が多角形等であると、その頂点に相当する部分に放電が集中して、均一なプラズマを発生させることができない恐れがある。
【００２５】
また、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、図２に示すように、単位電極２を構成する複数の導電膜４の少なくとも二枚に、複数の貫通孔５ａ，５ｂが形成された場合、膜厚方向に垂直な平面における、一の導電膜４ａの複数の貫通孔５ａの形成位置と、他の導電膜４ｂの複数の貫通孔５ｂの形成位置とがそれぞれ異なるように構成してもよいし、図３に示すように、単位電極２を構成する複数の導電膜４の少なくとも二枚に、複数の貫通孔５が形成された場合、膜厚方向に垂直な平面における、一の導電膜４ａの複数の貫通孔５ａの形成位置と、他の導電膜４ｂの複数の貫通孔５ｂの形成位置との少なくとも一部が重なるように構成してもよい。
【００２６】
本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、問題とならない程度ではあるが、実質的に導電膜４が配設されていない貫通孔５の内側（空隙部）に発生するプラズマは、単位電極２相互間の他の部分に発生するプラズマと比較して強度が弱くなることがあるが、図２に示すように、膜厚方向に垂直な平面における、一の導電膜４ａの複数の貫通孔５ａの形成位置と、他の導電膜４ｂの複数の貫通孔５ｂの形成位置とがそれぞれ異なるように構成することにより、一の導電膜４ａの貫通孔５ａが形成されている領域には、他の導電膜４ｂによって放電が起こるために、単位電極２相互間全域に、より均一なプラズマを発生させることができる。
【００２７】
図３に示すように、膜厚方向に垂直な平面における、一の導電膜４ａの複数の貫通孔５ａの形成位置と、他の導電膜４ｂの複数の貫通孔５ｂの形成位置との少なくとも一部が重なるような構成とした場合には、それぞれの貫通孔５ａ，５ｂの外周部に比較的に強い放電を高効率に発生させることが可能となり、放電効率を向上させることができる。
【００２８】
また、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、例えば、図４に示すように、複数の貫通孔５は、それぞれの貫通孔５の中心が正多角形の頂点、例えば、正三角形の頂点に位置するような配列パターンで形成されてなることが好ましい。このような規則的な配列パターンとすることにより、単位電極２表面における、単位面積当たりの貫通孔５の面積を統一することが可能となり、より均一なプラズマを発生させることができるとともに、貫通孔５の形成が容易となる。また、二枚以上の導電膜４に、それぞれ複数の貫通孔５が形成されている場合には、一の導電膜４ａの貫通孔５ａの配列パターンの重心の位置、例えば、それぞれの貫通孔５ａの中心が正三角形の頂点に位置するような配列パターンの場合は、その正三角形の重心の位置に、他の導電膜４ｂの貫通孔５ｂの中心が位置するような配列パターンであることが好ましい。
【００２９】
また、図５に示すように、一の導電膜４ａと、他の導電膜４ｂとに複数の貫通孔５ａ，５ｂが形成され、それぞれの導電膜４ａ，４ｂの貫通孔５ａ，５ｂの中心位置が同じになるような配列パターン（図５においては、貫通孔５ａ，５ｂの中心が正三角形の頂点に位置するような配列パターン）とし、それぞれの導電膜４ａ，４ｂで、貫通孔５ａ，５ｂの開口面積が異なるような構成としてもよい。このように構成することによって、強い電界領域を二重に形成することができる。
【００３０】
また、例えば、図６に示すように、単位電極２が導電膜４を三枚有する場合には、この三枚の導電膜４のうちの膜厚方向において中心に配設された導電膜４ｃの貫通孔５ｃの開口面積が、それぞれ外側に配設された二枚の導電膜４ａ，４ｂの貫通孔５ａ，５ｂの開口面積よりも小さいことが好ましい。このように構成することによって、強い電界領域を両側の空間に均等に形成することができる。その膜厚方向に対称な形状の導電膜４を形成することにより、導電膜４を複層した単位電極２の内部構造が対称になる。このため、導電膜４を埋設した単位電極２の焼成時に発生する歪は緩和され、信頼性の高い単位電極２を得ることができる。ここで、図６は、本実施の形態のプラズマ発生電極の他の例を模式的に示す断面図である。なお、図２〜図６においては、図１に示すプラズマ発生電極１と同様の各要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
本実施の形態のプラズマ発生電極においては、図１〜図６に示すように、それぞれの単位電極２に電圧を印加するための接続部としての導電端子８を有していることが好ましい。また、図７に示すように、単位電極２が、複数の導電膜４が電源６ａ，６ｂに接続可能な二以上の導電端子８ａ，８ｂをさらに有し、複数の導電膜４にそれぞれ別の電圧を印加することが可能なものであってもよく、また、図８に示すように、単位電極２が、複数の導電膜４がそれぞれ同一の電源６ｃに接続可能な一つの導電端子８ｃを有し、複数の導電膜４に同一の電圧を印加することが可能なものであってもよい。ここで、図７及び図８は、それぞれ本実施の形態のプラズマ発生電極の他の例を模式的に示す断面図である。
【００３２】
プラズマを発生させるために用いられる電源としては、パルス電源等を好適に用いることができることから、図７に示すように、それぞれ別の電源６ａ，６ｂに接続可能な二以上の導電端子８ａ，８ｂをさらに有する構成とし、それぞれの導電膜４に異なる周期や大きさの電圧を印加することで、単位電極２相互間に所望の強度のプラズマを安定して発生させることができる。
【００３３】
また、図８に示すように、それぞれ同一の電源６ｃに接続可能な一つの導電端子８ｃをさらに有する構成とすることで、本実施の形態のプラズマ発生電極１を簡素な構成とすることにより耐久性に優れたものとすることが可能となり、例えば、自動車の排気ガス処理等の過酷な状況下においても、好適に用いることができる。また、プラズマ発生電極１の製造コストを低減させることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、これまでに説明した貫通孔５の配列パターンに限定されることはなく、例えば、図示は省略するが、不規則な配列パターンで貫通孔を形成してもよく、また、例えば、一枚の導電膜において、それぞれの貫通孔の開口面積が異なるような構成としてもよい。
【００３５】
図１に示すように、単位電極２を構成するセラミック誘電体３は、誘電体として好適に用いることができるものであれば、その材料については特に制限はないが、例えば、セラミック誘電体３が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ムライト、スピネル、コージェライト、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、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含むことが好ましい。このような化合物を含むことによって、耐熱衝撃性に優れたセラミック誘電体３とすることができる。本実施の形態のプラズマ発生電極に用いられるセラミック誘電体３は、例えば、テープ状のセラミックグリーンシートや、押出成形で得られたシートを用いて形成することができる。また、粉末乾式プレスで作製した平板を用いても形成することができる。なお、セラミック誘電体３の大きさは特に限定されることはなく、使用目的に応じて適宜決定することができる。
【００３６】
単位電極２を構成する導電膜４は、単位電極２相互間に電圧を印加することによって、単位電極２相互間に有効に放電を起させることが可能なものであればよく、特に限定されることはないが、例えば、導電膜４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含むことが好ましい。
【００３７】
また、導電膜４を配設する方法については特に限定されることはないが、上述した金属を含むペーストをセラミック誘電体３に塗工して形成、配設することが好ましい。具体的な方法としては、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、インクジェット、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、表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電膜４を容易に形成することができる。複数の導電膜４をセラミック誘電体３の内部に配設する場合には、例えば、セラミック誘電体３となるセラミックグリーンシートを複数用意し、一枚のセラミックグリーンシートの一方の表面に、上述した方法で導電膜４を形成、配設し、その上に、別のセラミックグリーンシートを積層し、この積層した別のセラミックグリーンシートの積層面とは反対側の表面に、さらに別の導電膜４を形成、配設する。そして、その上にさらに別のセラミックグリーンシートを積層する。このような工程を、必要とする導電膜４の枚数分繰り返すことにより、複数の導電膜４が所定の間隔で隔てた状態で配設された単位電極２を作製することができる。
【００３８】
セラミック誘電体３及び導電膜４の厚さについては、発生させるプラズマの大きさや強度、単位電極２に印加する電圧等を考慮して適宜決定される。
【００３９】
図１に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極１を構成するそれぞれの単位電極２は、その少なくとも一方の端部を保持部材７によって保持されている。この保持部材７は、対向する単位電極２のそれぞれを、その相互間にプラズマを良好に発生させることができるように保持することができるものであればよく、その材料等については特に限定されることはないが、例えば、保持部材７が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、ジルコニア、ムライト、コージェライト、及び結晶化ガラスからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含むことが好ましい。
【００４０】
図１等に示したプラズマ発生電極１に用いられる導電端子８は、例えば、セラミック誘電体３内部の導電膜４を、セラミック誘電体３の端部の端面まで延設して配設して、端面まで延設した導電膜４の表面に、導電性を有する金属を含む膜状又は板状の部材を配設することによって形成することができる。このような導電端子８を有することにより、単位電極２への電気的接続が容易になる。なお、図１〜図６に示すプラズマ発生電極１においては、それぞれの導電膜４，４ａ，４ｂが一つの導電端子８つ接続している。
【００４１】
導電端子８は、所定の電源（図示せず）から導電膜４に電力を供給するための配線（図示せず）や集電部材（図示せず）を接続するため端子である。導電端子８の形状については特に制限はないが、セラミック誘電体３の端部の端面まで延設した導電膜４の略全域を覆うように、単位電極２の端面に配設されたもの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、延設した導電膜４を導電端子８によって保護することができる。
【００４２】
セラミック誘電体３の端部の端面まで延設した導電膜４に導電端子８を配設する方法については特に制限はないが、例えば、導電端子８を、溶接接合、ロウ付け接合、又は拡散接合によって導電膜４に接合して配設することができる。このような方法を用いることにより、接合の強度を向上させることが可能となり、耐衝撃性に優れた電気的接続を実現することができる。なお、溶接接合、ロウ付け接合、又は拡散接合の具体的な方法については、従来、金属の接合に使用されている方法に準じて行うことができる。例えば、金ロウ、銀ロウ、銅ロウ、ニッケルロウ、アルミロウ等を、導電膜の材料及び導電端子に用いる金属材料との組合わせから適時に選ぶことができる。
【００４３】
導電端子８の材料については、導電性を有する金属を含むものであれば特に制限はないが、鉄、ニッケル、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、金、銀、銅からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。導電端子８として板状の部材を用いる場合は、特に、導電端子８の材料として、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル−クロム合金、鉄−アルミニウム−クロム合金、チタン−アルミニウム合金、ニッケル−クロム合金、金合金、銀合金、銅合金等の金属合金を好適例として挙げることができる。
【００４４】
また、導電端子８は、上述したように、板状の部材を用いて形成されたものではなく、例えば、延設した導電膜４の表面に、導電性材料を膜状に塗工して形成されたものであってもよく、例えば、延設した導電膜４に施された導電層メッキから形成されたものを好適例として挙げることができる。
【００４５】
この導電層メッキの材料については、導電性を有する金属を含むものであれば特に制限はないが、鉄、ニッケル、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、金、銀、銅からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。導電層メッキの方法については特に制限はなく、電気メッキや無電解メッキを好適に用いることができる。なお、特に限定されることはないが、このような電解メッキや無電解メッキによって導電端子８を形成する場合には、比較的に得られる導電端子８の厚さが薄くなるために、延設する導電膜４の厚さを厚くすることが好ましい。
【００４６】
また、導電端子８としては、上述した電解メッキや無電解メッキ等の塗工方法によって形成されたものだけでなく、例えば、導電膜４と熱膨張率が近い組成の耐酸性の導電性材料（金属ペースト）の塗布あるいは溶融金属メッキ（溶融金属に浸漬してメッキする方法）によって形成されたものであってもよい。このような塗工方法によって形成された導電端子８は、電解メッキや無電解メッキ等の塗工方法によって形成された導電端子８と比較して、その厚さを厚くすることが可能となる。導電性材料（金属ペースト）の塗布は、導電膜４を印刷して形成する方法と略同様の方法にて実現することができる。また、溶融金属メッキ等の方法によってメッキ層を形成した後に、さらに、無電解メッキ、例えば、無電解ニッケルメッキ等を施して導電端子８を形成してもよい。
【００４７】
また、図１に示したプラズマ発生電極１は、全ての単位電極２が、誘電体となるセラミック誘電体３と、セラミック誘電体３の内部に配設された導電膜４とを有するものであるが、本実施の形態のプラズマ発生電極においては、少なくとも一方の単位電極２がセラミック誘電体３と導電膜４とを有していればよく、例えば、プラズマ発生電極１を構成する一方の単位電極２がセラミック誘電体３と導電膜４とを有し、他方の単位電極２が、単なる導電性を有する板状の電極から構成されてなるものであってもよい。この場合、他方の単位電極２の構成については特に限定されることはないが、従来公知の電極、例えば、導電性を有する金属から形成された板状の電極等を好適に用いることができる。また、本実施の形態のプラズマ発生電極１を構成する単位電極２の枚数は、特に制限はなく、例えば、発生させるプラズマの大きさにより適宜決定することができる。
【００４８】
以下、本実施の形態のプラズマ発生電極の製造方法について具体的に説明する。
【００４９】
まず、プラズマ発生電極を構成するセラミック誘電体となるテープ状のセラミックグリーンシートを形成するためのスラリー（セラミックグリーンシート製作用スラリー）を調製する。このスラリーは、所定のセラミック粉末に適当なバインダ、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して調製する。上述したセラミック粉末としては、特に限定されることはないが、例えば、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に用いることができる。また、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く、可塑剤、分散剤及び有機溶媒については、従来公知のセラミックグリーンシートを形成するために用いられるスラリーに使用されている可塑剤、分散剤及び有機溶媒を好適に用いることができる。なお、このセラミックグリーンシート製作用スラリーはペースト状であってもよい。
【００５０】
次に、得られたセラミックグリーンシート製作用スラリーを、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セラミックグリーンシートを複数形成する。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、複数枚のセラミック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。
【００５１】
一方、導電膜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錬して得ることができる。なお、上述したセラミックグリーンシートとの密着性及び焼結性を向上させるべく、必要に応じて導体ペーストに添加剤を加えてもよい。
【００５２】
上記の工程で得られた複数のセラミックグリーンシートのうちの一枚のセラミックグリーンシートの一方の表面に、導体ペーストを、例えば、スクリーン印刷等を用いて印刷する。次に、印刷した導体ペーストを覆うように別のセラミックグリーンシートを積層し、積層した別のセラミックグリーンシートの積層面とは反対側の表面に、同様にして導体ペーストを印刷する。そして、その上にさらに別のセラミックグリーンシートを積層し、上述した工程を、必要とする導電膜の枚数分繰り返す。この際、導電膜のうちの少なくとも一枚には、膜厚方向に貫通した複数の貫通孔を形成する。この貫通孔は、導電膜を印刷する際に同時に形成することが好ましい。なお、セラミックグリーンシートを積層する際には、温度１００℃、圧力１０ＭＰａで押圧しながら積層することが好ましい。
【００５３】
次に、導電膜を内部に配設したセラミックグリーンシートを焼成して単位電極を形成する。このようにして、プラズマ発生電極に必要な枚数の単位電極を形成する。
【００５４】
また、別途、対向する単位電極を保持するための保持部材を作製する。具体的には、例えば、アルミナ粉末と有機バインダの混合粉体を、金型プレス成形後、バインダ仮焼、本焼成して保持部材を形成する。なお、保持部材の製造方法については、上述した方法に限定されることはない。
【００５５】
次に、このようにして得られた保持部材を用い、必要とする枚数の単位電極を所定の間隔に保持してプラズマ発生電極を製造する。この際、互いに対向する単位電極の全てに、上述した方法で作製したセラミック誘電体と導電膜とを有する電極を用いてもよいし、このような電極は対向する単位電極の一方のみとし、他方の電極にとして、従来公知の金属板等の電極を用いてもよい。なお、本実施の形態のプラズマ発生電極を製造する方法は上記の製造方法に限定されることはない。
【００５６】
次に、本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９（ａ）は、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態を、ガスの流れ方向を含み、プラズマ発生電極を構成する単位電極の表面に垂直な平面で切断した断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００５７】
図９（ａ）及び図９（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（ガス流路１３）を内部に有するケース体１２とを備え、このガスがケース体１２のガス流路１３に導入されたときに、プラズマ発生電極１によって発生したプラズマによりガスに含まれる所定の成分が反応す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、プラズマ発生電極１は、図１に示したように、互いに対向する単位電極２のうちの少なくとも一方が、板状のセラミック誘電体３と、セラミック誘電体３の内部に、その膜厚方向に所定の間隔を隔てた状態で配設された複数の導電膜４とを有し、単位電極２を構成する複数の導電膜４のうちの少なくとも一枚に、膜厚方向に貫通した複数の貫通孔５が形成されていることから、安定かつ均一なプラズマを発生させることが可能であり、上述した所定の成分を高効率で反応させることができる。
【００５８】
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。
【００５９】
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。また上述した電源としては、パルス電源であることが好ましく、この電源が、その内部に少なくとも一つのＳＩサイリスタを有することがさらに好ましい。このような電源を用いることによって、さらに効率よくプラズマを発生させることができる。なお、プラズマ反応器を構成するプラズマ発生電極において、図７に示すように、単位電極２が、二以上の導電端子８をさらに有している場合には、プラズマ反応器が、導電端子８の数だけ電源を備えていてもよく、一つの電源を備えていてもよい。
【００６０】
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ことが可能なようにコンセント等の通電用部品を備えた構成としてもよい。
【００６１】
プラズマ反応器を構成す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秒当たりのパルス数が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。
【００６２】
また、自動車等のエンジンから排出されるガスが通過する排気形に本実施の形態のプラズマ反応器と触媒とを組合わせて配設することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物等の有害物質をより有効に除去することができる。
【００６３】
上述したように本実施の形態のプラズマ反応器とともに用いられる触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、ガリウム（Ｇａ）等から選択させる一種又は二種以上の組合わせからなり、これらの金属を多孔質担体に担持して構成された触媒を好適に用いることができる。
【実施例】
【００６４】
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。
【００６５】
（実施例１）
対向配置された一方の単位電極が、幅５０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミナのセラミック誘電体と、このセラミック誘電体の内部に、その厚さ方向に０．２５ｍｍの間隔を隔てて配設された三枚の導電膜とを有し、また、他方の単位電極が、幅５０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのセラミック誘電体と、このセラミック誘電体の内部に配設された一枚の導電膜とを有するプラズマ発生電極を製造した。このプラズマ発生電極は、一方の単位電極と他方の単位電極とが交互に１５枚ずつ合計で三十枚の単位電極から構成されている。なお、実施例１においては、セラミック誘電体はテープ成形によって成形して形成した。
【００６６】
図１０に示すように、一方の単位電極２の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃは、幅４８ｍｍ、長さ７０ｍｍ、厚さ０．０１ｍｍとなるように、タングステンペーストを印刷して形成したものであり、その厚さ方向における外側の二枚の導電膜４ａ，４ｂには、直径３ｍｍの貫通孔５ａ，５ｂを形成した。この貫通孔５ａ，５ｂは、それぞれ隣接する貫通孔５ａ，５ｂの中心の間隔が６ｍｍとなり、それぞれの中心が正三角形の頂点となるような配設パターンとした。また、厚さ方向における内側の一枚の導電膜４ｃには、直径１ｍｍの貫通孔５ｃを、それぞれ隣接する貫通孔５ｃの中心の間隔が１２ｍｍとなり、それぞれの中心が正三角形の頂点となるような配列配設パターンで形成した。なお、図示は省略するが、他方の単位電極を構成する導電膜には貫通孔は形成していない。
【００６７】
上述したプラズマ発生電極を、ステンレス製のケース体の内部に配設し、プラズマ発生電極を構成する一方の単位電極にＳＩサイリスタを有するパルス電源を接続してプラズマ反応器（実施例１）を製造した。なお、プラズマ発生電極を構成する他方の単位電極には接地を行った。
【００６８】
本実施例のプラズマ反応器に、一酸化窒素（ＮＯ）の濃度が３００ｐｐｍのモデルガスを３００℃で通気し、一酸化窒素（ＮＯ）の二酸化窒素（ＮＯ2）への反応試験を行った。６ｋＶ、６０ｍＪ、２ｋｐｐｓの条件で、８０体積％のＮＯをＮＯ2へ反応させることができた。
【００６９】
（実施例２）
対向配置された一方の単位電極が、幅７０ｍｍ、長さ７０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの窒化珪素のセラミック誘電体と、このセラミック誘電体の内部に、その厚さ方向に０．１５ｍｍの間隔を隔てて配設された三枚の導電膜とを有し、また、他方の単位電極が、幅７０ｍｍ、長さ７０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのセラミック誘電体と、このセラミック誘電体の内部に配設された一枚の導電膜とを有するプラズマ発生電極を製造した。このプラズマ発生電極は、一方の単位電極と他方の単位電極とが交互に０．５ｍｍ間隔で２０枚ずつ合計で四十枚の単位電極から構成されている。なお、実施例２においては、セラミック誘電体は乾式プレス成形によって成形して形成した。
【００７０】
図１１に示すように、一方の単位電極２の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃは、幅６５ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍとなるように、モリブデンペーストを印刷して形成したものであり、その厚さ方向における外側の二枚の導電膜４ａ，４ｂには、直径５ｍｍの貫通孔５ａ，５ｂを、それぞれ隣接する貫通孔５ａ，５ｂの中心の間隔が６ｍｍとなり、それぞれの中心が正三角形の頂点となるような配設パターンで形成した。また、厚さ方向における内側の一枚の導電膜４ｃには、直径１ｍｍの貫通孔５ｃを、それぞれ隣接する貫通孔５ｃの中心の間隔が６ｍｍとなり、それぞれの中心が正三角形の頂点となるような配設パターンで形成した。導電膜４ａ，４ｂ，４ｃが三枚配設された一方の単位電極２の端部に、三枚の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃの導通を得るために、三枚の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃに連続して貫通する直径２ｍｍの導通用貫通孔１４を穿設し、導通用貫通孔１４の内部に導電膜４と同材質のモリブデンペーストを充填させた。なお、図示は省略するが、他方の単位電極は、直径１ｍｍの貫通孔を、それぞれ隣接する貫通孔の中心の間隔が６ｍｍとなり、それぞれの中心が正三角形の頂点となるように形成した。
【００７１】
上述したプラズマ発生電極を、ステンレス製のケース体の内部に配設し、プラズマ発生電極を構成する一方の単位電極２の導電膜４ｃにＳＩサイリスタを有するパルス電源を接続してプラズマ反応器（実施例２）を製造した。なお、プラズマ発生電極を構成する他方の単位電極には接地を行った。
【００７２】
本実施例のプラズマ反応器に、煤等のＰＭを含む排気ガスを発生させることが可能なスートジェネレータによって発生させたモデルガスを２５０℃で通気し、ＰＭ反応除去試験を行った。５ｋＶ、７０ｍＪ、２ｋｐｐｓの条件で、２ｇ／ｈの煤の７０質量％を反応、除去することができた。
【００７３】
（実施例３）
対向配置された一方の単位電極が、幅５０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのコージェライトのセラミック誘電体と、このセラミック誘電体の内部に、その厚さ方向に０．３ｍｍの間隔を隔てて配設された三枚の導電膜とを有し、また、他方の単位電極が、幅５０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのセラミック誘電体と、このセラミック誘電体の内部に配設された一枚の導電膜とを有するプラズマ発生電極を製造した。このプラズマ発生電極は、一方の単位電極と他方の単位電極とが交互に１ｍｍ間隔で十三枚ずつ合計で二十六枚の単位電極から構成されている。なお、実施例３においては、セラミック誘電体は押出成形によって成形して形成した。
【００７４】
図１２に示すように、一方の単位電極２の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃは、幅４５ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍとなるように、モリブデンとタングステンの混合ペーストを印刷して形成したものであり、三枚の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃには、直径４．５ｍｍの貫通孔５を、それぞれ隣接する貫通孔５の中心の間隔が６ｍｍとなり、それぞれの中心が正三角形の頂点となるような配設パターンで形成した。三枚の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃにおいては、正三角形の配列パターンが所定の周期でズレるような構成とした。なお、本実施例においては、三枚の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃがそれぞれ別の電源に接続することができるように、一方の単位電極２に三つの導電端子を配設した。
【００７５】
上述したプラズマ発生電極を、ステンレス製のケース体の内部に配設し、プラズマ発生電極を構成する一方の単位電極２の導電膜４ａ，４ｂ，４ｃに、ＳＩサイリスタを有する三台のパルス電源を別々に接続してプラズマ反応器（実施例３）を製造した。なお、プラズマ発生電極を構成する他方の単位電極には接地を行った。
【００７６】
本実施例のプラズマ反応器に、煤等のＰＭを含む排気ガスを発生させることが可能なスートジェネレータによって発生させたガスを２５０℃で通気し、ＰＭ反応除去試験を行った。７ｋＶ、４０ｍＪ、１ｋｐｐｓの条件で、３ｇ／ｈの煤の６０質量％を反応、除去することができた。
【００７７】
（実施例４）
実施例１のプラズマ反応器の後流に触媒を配設し、ＮＯx浄化性能を評価した。触媒は、市販のγ−Ａｌ2Ｏ3に白金（Ｐｔ）を５質量％含浸した触媒粉末をコージェライト製のセラミックハニカム構造体に担持したものを用いた。この触媒の大きさは、直径１インチ（約２．５４ｃｍ）、長さ６０ｍｍの円柱状である。また、セラミックハニカム構造体は４００セルで、セルを区画する隔壁の厚さ（リブ厚）が４ミル（約０．１ｍｍ）である。なお、プラズマを発生させる条件、及び排気ガスの通気条件については、実施例１と同様である。
【００７８】
その結果、排気ガスに含まれるＮＯが、プラズマ反応器と触媒とを通過した後にＮＯxとして８０体積％浄化した。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器は、互いに対向する単位電極相互間に、低い投入エネルギーで、安定なプラズマを発生させ、部分的に強い電界領域を均等に形成することができることから、排気ガス等に含まれる所定の成分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。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【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の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】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の他の例を模式的に示す斜視図である。
【図３】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の他の例を模式的に示す平面図である。
【図４】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の他の例を模式的に示す平面図である。
【図５】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の他の例を模式的に示す平面図である。
【図６】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の他の例を模式的に示す断面図である。
【図７】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の他の例を模式的に示す断面図である。
【図８】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の他の例を模式的に示す断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明（第二の発明）のプラズマ反応器の一の実施の形態を、ガスの流れ方向を含み、プラズマ発生電極を構成する単位電極の表面に垂直な平面で切断した断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図１０】本発明の実施例１に用いられる単位電極の構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】本発明の実施例２に用いられる単位電極の構成を模式的に示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例３に用いられる単位電極の構成を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…プラズマ発生電極、２…単位電極、３…セラミック誘電体、４，４ａ，４ｂ，４ｃ…導電膜、５，５ａ，５ｂ，５ｃ…貫通孔、６，６ａ，６ｂ，６ｃ…電源、７…保持部材、８，８ａ，８ｂ，８ｃ…導電端子、１１…プラズマ反応器、１２…ケース体、１３…ガス流路、１４…導通用貫通孔。
【図１】
2005203362.tif 000003
【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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