(57)【要約】【課題】  オゾン発生装置用板型放電セルにおいて、放電セルからのガスの汚染を回避し、クリーン度の高いオゾンガスを生成する。【解決手段】  高純度セラミックスの焼結体からなる複数枚の板材１０，２０，３０，４０をガラス系接合材５０により接合して積層体ブロックを構成する。複数枚の板材のうちの隣接する２枚の板材１０，１０間に放電用の閉空隙（放電空隙７０）を形成する。放電空隙７０に原料ガスを導入するための第１ガス流路８０、及び放電空隙７０からオゾンガスを導出するための第２ガス流路８０を、積層体内の積層方向に放電空隙７０と連通して形成する。放電空隙７０における放電のために、板材１０，１０の背面側に電極層１５，１５を配置し、且つ前記ガス流路８０，８０と干渉することなく板材１０，２０間に封入する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高純度セラミックスの焼結体からなる複数枚の板材を非金属の無機系接合材により接合して構成された積層体ブロックからなり、複数枚の板材のうちの隣接する２枚の板材間に放電用の閉空隙が形成されると共に、前記閉空隙に原料ガスを導入するための第１ガス流路及び前記閉空隙からオゾンガスを導出するための第２ガス流路が、前記積層体内の積層方向に前記閉空間と連通して形成されており、且つ前記閉空隙における放電のために前記２枚の板材の各背面側に配置される電極層が前記第１ガス流路及び第２ガス流路と干渉することなく板材間に封入されていることを特徴とするオゾン発生装置用板型放電セル。
【請求項２】
前記板材は四角形の角板であり、前記第１ガス流路は該角板の平行な２側縁の一方に沿った横長形状に形成されると共に、前記第２ガス流路は前記２側縁の他方に沿った横長形状に形成されており、前記電極層は、第１ガス流路及び第２ガス流路に挟まれた四角形の領域に配置されている請求項１に記載のオゾン発生装置用板型放電セル。
【請求項３】
前記セラミックスは純度８０％以上のアルミナである請求項１に記載のオゾン発生装置用板型放電セル。
【請求項４】
前記無機系接合材はガラス系接合材である請求項１に記載のオゾン発生装置用板型放電セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオゾン発生装置に使用される放電セルに関し、特に板状の誘電体を用いた板型放電セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン発生装置に使用される放電セルは板型と管型に大別され、板型はさらに円板型と角板型に細分される。板型放電セルは、１対の誘電板の間の放電空隙を狭くしやすいこと、その放電空隙寸法を均等化しやすいことなどから、高濃度オゾンの生成に多用されている。板型放電セルの典型的な構造を以下に説明する。
【０００３】
四角形のセラミック板などからなる誘電板を所定の隙間をあけて対向配置して、その間に放電空隙を形成する。１対の誘電板は、背面側の各表面に被覆形成された電極層を有している。一対の誘電板の間の隙間（放電空隙）で放電を発生させるべく、各背面側に設けられた電極層の間に所定の高周波高電圧を印加する。この状態で誘電板の間の放電空隙に酸素ガスなどの原料ガスを流通させる。これにより原料ガスがオゾン化する。
【０００４】
放電空隙は一対の誘電板の背面側から強制的に冷却されるのが通例である。一対の誘電板の背面側に冷却部を形成するために、その背面側に誘電板と同様のセラミック系の板材が積層される。つまり、板型放電セルの典型的な構造の一つは、セラミック板を積層したセラミック積層構造であり、その一つが特許文献１に記載されたセラミックブロック構造である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２６８９０２号公報
【０００６】
特許文献１に記載された放電セルでは、ほぼ正方形をした複数枚のセラミック板が板厚方向に積層される。より詳しくは、焼結前のセラミック板であるグリーンシートを積層し、これを焼結してセラミックブロックに一体化する。中間の２枚のセラミック板は誘電板であり、放電空隙を形成するためのスペーサーを間に挟む。
【０００７】
各セラミック板は、平行な２つの側縁部にその側縁に沿った横長のガス流通用貫通孔を有し、他の２つの平行な側縁部にはその側縁に沿った横長の冷媒流通用貫通孔を有する。１組のガス流通用貫通孔は積層方向に合体して横長で縦向きの１組のガス流路を形成し、１組の冷媒流通用貫通孔は積層方向に合体して横長で縦向きの１組の冷媒流路を形成する。電極層は、ガス流通用貫通孔及び冷媒流通用貫通孔に囲まれた四角形の領域に形成されている。
【０００８】
運転中は、１組の縦向きガス流路の一方に原料ガスが導入される。その原料ガスは２枚の誘電板間に形成された放電空隙を誘電板に平行な方向に流通し、この間にオゾン化して他方の縦向きガス流路から排出される。冷媒としては冷却水が使用され、これが１組の縦向き冷媒流路の一方に導入される。その冷却水は、１組の誘電板の背面側を誘電板に沿って流通して奪熱を行い、他方の縦向き冷媒流路から排出される。
【０００９】
特許文献１に記載されたセラミックブロック構造の放電セルでは、複数枚のセラミック板が焼結により一体化されたブロック構造が採用されているために、セルも個々の板材も非常に高剛性である。それにもかかわらず、誘電板の変形による放電ギャップ量の面内均一性の低下、これによるオゾン発生効率の低下が問題になっている。なぜなら、セラミック板の焼結過程での、セラミック板（グリーンシート）の変形が避けられないからである。
【００１０】
これに加えて、この放電セルは、高純度のクリーンなオゾンガスの製造には適しないという本質的な問題がある。なぜなら、オゾンガスの汚染防止のためにセラミック板の純度を高めると、焼結による一体化が困難になるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、高剛性なブロック構造であり、しかもクリーンなオゾンガスの発生に適し、放電ギャップ量の面内均一性も高いオゾン発生装置用板型放電セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のオゾン発生装置用板型放電セルは、高純度セラミックスの焼結体からなる複数枚の板材を非金属の無機系接合材により接合して構成された積層体ブロックからなり、複数枚の板材のうちの隣接する２枚の板材間に放電用の閉空隙が形成されると共に、前記閉空隙に原料ガスを導入するための第１ガス流路及び前記閉空隙からオゾンガスを導出するための第２ガス流路が、前記積層体内の積層方向に前記閉空間と連通して形成されており、且つ前記閉空隙における放電のために前記２枚の板材の各背面側に配置される電極層が、前記第１ガス流路及び第２ガス流路と干渉することなく板材間に封入されていることを構成上の特徴点とする。
【００１３】
本発明のオゾン発生装置用板型放電セルにおいては、そのセルが積層体により構成されている。積層体は高純度セラミックスの焼結体からなる複数枚の板材を非金属の無機系接合材により接合して構成されたブロック体であり、高剛性である。高純度セラミックスが事前に焼結されたバルク材であり、焼結の必要がないため、焼結に伴う変形が生じない。また高剛性であることにより、製品段階での変形も生じない。これらのために放電ギャップ量の面内均一性が高い。
【００１４】
積層体ブロックにおいて、原料ガスは積層体内の積層方向に形成された第１ガス流路を通って積層体内の放電用の閉空隙、すなわち周囲が密閉された放電空隙に流入する。放電空隙で生成されたオゾンガスは、積層体内の積層方向に形成された第２ガス流路を通って積層体外へ排出される。いずれのガスも積層体内では高純度セラミックスの焼結体を含む非金属の無機材料としか接触しない。換言すれば、接ガス部材の全てが非金属の無機材料である。このため、原料ガスもオゾンガスも積層体ブロックからの汚染を効果的に回避できる。
【００１５】
板材は円板でもよいし、四角形等の角板でもよい。四角形の角板の場合、第１ガス流路は該角板の平行な２側縁の一方に沿った横長形状に形成し、第２ガス流路は前記２側縁の他方に沿った横長形状に形成するのが合理的であり、電極層は、これらのガス流路に挟まれた四角形の領域に配置するのが合理的である。これにより、２枚の角板の間の広い領域をオゾン発生領域に利用することができる。
【００１６】
セラミックスは純度８０％以上のアルミナが好ましく、純度９０％以上、なかでも９５％以上のアルミナが特に好ましい。アルミナが適する理由はセラミックスのなかでは安価であり、かつ耐薬品性及び耐スパッタ性をもつ材料だからである。また高純度が好ましいのはオゾンガスのクリーン度を高めるためである。無機系接合材は接合性、汚染防止の点からガラス系接合材が好ましい。
【００１７】
セラミック板のうちの誘電板については、剛性、強度を確保し電圧降下を低減するために０．１〜２．０ｍｍの板厚が好ましい。誘電板中の不純物を低減すると、オゾン濃度の低下が問題になる。この問題を解決するために、誘電板の少なくとも放電空隙と接する表層部分に酸化チタンを含有させるのがよく、アルミナ基板中に酸化チタンをＴｉ元素量比率で０．００６〜６重量％含有させた焼結体が、オゾン発生特性及びクリーン度の両面から特に好ましい。
【００１８】
一対の誘電板間に放電空隙（放電用の閉空隙）を形成するためには、例えばガス流路の部分が除去された薄いセラミック板をスペーサとして誘電板間に挟む。また、一対の誘電板の対向面の少なくとも一方に、ガス流路の部分を除いてセラミックス層を積層する。セラミックス層は、汚染防止のためにアルミナ粉末とガラス粉末とで製造したペーストをガス流路以外の部分に印刷し、これを所定厚まで繰り返した後、ガラス粉末の融点以上の温度で焼成することにより形成することができる。ギャップ量は冷却性の向上、電圧降下の低減の点から小さいほど好ましく、ギャップ量が小さい場合（０．２ｍｍ以下）は後者のセラミック層の積層が好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のオゾン発生装置用板型放電セルは、高純度セラミックスの焼結体からなる複数枚の板材を非金属の無機系接合材により接合して構成された積層体ブロックからなり、複数枚の板材のうちの隣接する２枚の板材間に放電用の閉空隙が形成されると共に、原料ガス用及びオゾンガス用のガス流路が、前記積層体内の積層方向に前記閉空間と連通して形成されており、且つ放電のために前記２枚の板材の各背面側に配置される電極層が前記ガス流路と干渉することなく板材間に封入されていることにより、接ガス部材によるガスの汚染を回避できる。このため、半導体製造プロセス等に適したクリーンなオゾンガスを発生させることができる。
【００２０】
また、セル製造過程での板材の変形及び製品段階での板材の変形を防止できることにより、放電ギャップ量の面内均一性が高く、オゾン発生効率に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すオゾン発生装置用板型放電セルの分解斜視図、図２は同板型放電セルに使用されている誘電板の拡大斜視図、図３は同板型放電セルの模式断面図である。
【００２２】
本実施形態のオゾン発生装置用板型放電セルは、図１及び図３に示すように、正方形をした複数枚の板材を板厚方向に積層した構成になっている。複数枚の板材は、いずれも高純度アルミナの焼成板であり、ガラス系の接合層５０を介して接合されている。各板材の四隅部には位置決め用の貫通孔が設けられており、その角部は丸みを付与されている。
【００２３】
中間の２枚の板材は誘電板１０Ａ，１０Ｂである。その厚みは例えば０．２ｍｍである。各誘電板１０の平行な両側縁部には、各側縁に沿った長孔形状の貫通孔１１，１１が設けられている。貫通孔１１，１１はガス流通用であり、両側縁部の両端部を除くほぼ全域に連続的、直線的に設けられている。各誘電板１０の他の平行な両側縁部、すなわち前記貫通孔１１，１１に直角な両側縁部には、各側縁に沿った長孔形状の貫通孔１２，１２が設けられている。貫通孔１２，１２は冷媒流通用であり、両側縁部の両端部を除くほぼ全域に連続的、直線的に設けられている。
【００２４】
各誘電板１０の対向面には、図２及び図３に示すように、貫通孔１１，１１の一方から他方に至る多数の並列したガス流路１３を形成するために、ガス流路１３の部分を除いてセラミックス層１４が積層されている。セラミックス層１４は、アルミナ粉末とガラス粉末とで製造したペーストを対向面のガス流路以外の部分に印刷し、これを所定厚（例えば５０μｍ）まで繰り返した後、ガラス粉末の融点以上の温度で焼成することにより形成されている。
【００２５】
各誘電板１０の背面側の表面には電極層１５が被覆形成されている。電極層１５は、例えば銀ペーストの印刷塗布・焼成により形成される厚みが５μｍの金属薄膜であり、貫通孔１１，１１，１２，１２に囲まれた正方形の領域に設けられている。
【００２６】
電極層１５の隣り合う２つのコーナー部は、誘電板１０のコーナー部に張り出して、円形の端子部１６を形成している。誘電板１０の隅部に設けられた位置決め用の貫通孔１７は、端子部１６の中心部に設けられている。そして、一方の誘電板１０Ａにおける端子部１６，１６は、誘電板１０Ａの隣り合う２つのコーナー部に設けられており、他方の誘電板１０Ｂにおける端子部１６，１６は、誘電板１０Ａにおける端子部１６，１６と重ならないように、誘電板１０Ｂの別の隣り合う２つのコーナー部に設けられている。
【００２７】
誘電板１０Ａ，１０Ｂの外側に配置される板材は絶縁板２０Ａ，２０Ｂである。その厚みは例えば２ｍｍである。各絶縁板２０の平行な両側縁部には、貫通孔１１，１１に対応する長孔形状のガス流通用の貫通孔２１，２１が設けられている。各絶縁板２０の他の平行な両側縁部には、貫通孔１２，１２に対応する長孔形状の冷媒流通用の貫通孔２２，２２が設けられている。
【００２８】
絶縁板２０Ａ，２０Ｂの外側に配置される板材は冷媒流路を形成するためのスリット板３０Ａ，３０Ｂである。その厚みは例えば０．５ｍｍである。各スリット板３０の平行な両側縁部には、貫通孔１１，１１，２１，２１に対応する長孔形状のガス流通用の貫通孔３１，３１が設けられている。貫通孔３１，３１の間には、冷媒流路を形成するために多数のスリット３３，３３・・が平行に設けられている。スリット３３，３３・・の両端部は、冷媒流通用の貫通孔２２，２２とオーバーラップするように、各スリット板３０の他の平行な両側縁部に到達している。
【００２９】
スリット板３０Ａ，３０Ｂの更に外側に配置される板材は蓋板４０Ａ，４０Ｂである。一方の蓋板４０Ａの厚みは例えば５ｍｍ、他方の蓋板４０Ｂの厚みは例えば２ｍｍである。一方の蓋板４０Ａには、内側のスリット板３０Ａの貫通孔３１，３１にそれぞれ連通するガス供給孔４１ａ及びガス排出孔４１ｂが設けられている。蓋板４０Ａの裏面には、スリット３３，３３・・の両端部、すなわち貫通孔１２，１２，２２，２２に対応するように１対の凹部が設けられている。そして蓋板４０Ａには、裏面側の１対の凹部に各連通する冷媒供給孔４２ａ及び冷媒排出孔４２ｂが設けられている。
【００３０】
これらの板材（高純度アルミナの焼結板）は次のようにして接合されている。
【００３１】
各板材の接合面にガラス系の接合用ペーストを例えば３０μｍ程度の厚みに塗布する。接合用ペーストは、ガラス粉末をバインダーと混練して所定粘度に調整したものである。接合用ペーストの塗布が終わると、板材を加熱炉に装入し、接合用ペーストをガラス粉末の融点である例えば８５０℃以上の温度で焼成する。接合用ペーストの焼成が終わると、各板材を重ね合せ、四隅部の貫通孔に位置決めピン６０を刺し通す。４本の位置決めピン６０は棒状リードを兼ねており、そのうちの２本は、誘電板１０Ａの裏面に設けられた２つの端子部１６，１６と導通し、残りの２本は、誘電板１０Ｂの裏面に設けられた２つの端子部１６，１６と導通する。最後に、重ね合わせた板材を加熱炉に装入し、接合用ペーストをガラス粉末の融点である例えば８５０℃以上の温度で焼成する。
【００３２】
この焼成により、誘電板１０Ａ，１０Ｂ、その外側の絶縁板２０Ａ，２０Ｂ、その外側のスリット板３０Ａ，３０Ｂ、更にその外側の蓋板４０Ａ，４０Ｂが、ガラス系の接合層５０を介して接合されることになり、本実施形態の板型放電セルが完成する。完成した板型放電セルの特徴は以下のとおりである。
【００３３】
誘電板１０Ａ，１０Ｂの間でガス流路１３，１３が合体することにより、誘電板１０Ａ，１０Ｂの間に放電用の閉空間、すなわち放電空隙７０が形成される。ガス流路１３，１３を形成するセラミック層１４，１４の各厚みは例えば５０μｍである。このため、放電空隙７０のギャップ量は例えば１００μｍとなる。誘電板１０の背面側の表面に被覆形成された電極層１５は、端子部１６，１６と共に、誘電板１０とその外側に接合された絶縁板２０との間にガラス系の接合層５０により封入され絶縁される。
【００３４】
誘電板１０Ａの背面側に設けられた電極層１５は高圧電極である。電極層１５の端子部１６，１６は２本の棒状リード６０，６０により蓋板４０Ａの外側に引き出される。一方、誘電板１０Ｂの背面側に設けられた電極層１５は接地電極である。この電極層１５の端子部１６，１６は別の２本の棒状リード６０，６０により蓋板４０Ａの外側に引き出される。
【００３５】
誘電板１０の貫通孔１１，１１、絶縁板２０の貫通孔２１，２１、スリット板３０の貫通孔３１，３１が板材積層方向に連続することにより、放電空隙７０に連通する縦向きで横長のガス流路８０，８０が積層体内に形成される。また、誘電板１０の貫通孔１２，１２、絶縁板２０の貫通孔２２，２２が板材積層方向に連続することにより、スリット板３０におけるスリット３３，３３・・の両端部に連通する縦向きで横長の冷媒流路が積層体内に形成される。
【００３６】
板型放電セルの運転では、２本の棒状リード６０，６０を介して、誘電板１０Ａの背面側に設けられた電極層１５に所定の高電圧を印加し、残りの２本の棒状リード６０，６０を介して、誘電板１０Ｂの背面側に設けられた電極層１５を接地する。これと共に、積層方向に形成された２つの縦向きガス流路８０，８０の一方に、蓋板４０Ａのガス供給孔４１ａから原料ガスを導入し、積層方向に形成された２つの縦向き冷媒流路の一方に、蓋板４０Ａの冷媒供給孔４２ａから冷却水を導入する。
【００３７】
ガス流路８０，８０の一方に導入された原料ガスは、誘電板１０Ａ，１０Ｂの間に形成された放電空隙７０を一端部から他端部へ向かい、この間にオゾン化されてガス流路８０，８０の他方に至り、蓋板４０Ａのガス排出孔４１ｂから外部へ排出される。２つの冷媒流路の一方に導入された冷却水は、スリット板３０Ａ，３０Ｂの各スリット３３，３３・・を長手方向に流通し、２つの冷媒流路の他方を通って蓋板４０Ａの冷媒排出孔４２ｂから排出される。これにより、誘電板１０Ａ，１０Ｂの間に形成された放電空隙７０が両面側から冷却される。
【００３８】
このように、本実施形態のオゾン発生装置用板型放電セルでは、原料ガス及びオゾンガスは縦向きガス流路８０，８０の一方から誘電板１０Ａ，１０Ｂ間の放電空隙７０を通り縦向きガス流路８０，８０の一方に至る。ここで、縦向きガス流路８０，８０は高純度アルミナの板材をガラス接合層５０で接合した積層体内に形成されており、高純度アルミナの板材もガラス接合層５０も汚染源を含まないクリーンな無機系の非金属材料である。また、放電空隙７０は、高純度アルミナ板からなる誘電板１０Ａ，１０Ｂの間にリブ構造のセラミック層１４及びガラス接合層５０により形成されており、セラミック層１４もガラス接合層５０と同じくクリーンな無機系の非金属材料である。更に、電極層１５は誘電板２０とその背面側の絶縁板２０との間にガラス接合層５０により封入されている。
【００３９】
かくして、原料ガス及びオゾンガスは、金属に直接接触しないことはもとより、汚染源を含まないクリーンな無機系の非金属材料により形成されたクリーンな流通経路をのみを通過するのである。換言すれば、接ガス部は全てクリーン材料により構成されている。したがって、放電セルによる原料ガス及びオゾンガスの汚染の危険がなく、クリーン度の高いオゾンガスが生成される。
【００４０】
また、積層方向の縦向きガス流路８０を形成する貫通孔１１，２１，３１、例えば誘電板１０の貫通孔１１、１１は、誘電板１０の平行な２辺に沿って横方向に細く連続して設けられている。また、積層方向の縦向き冷媒流路を形成する貫通孔１２，２２、例えば誘電板１０の貫通孔１２，１２は、誘電板１０の他の平行な２辺に沿って横方向に細く連続して設けられている。すなわち、電極層１５の端子部１６，１６を、貫通孔１１，１２が突き合わされるコーナー部に配置したことにより、誘電板１０の貫通孔１１，１２は、誘電板１０の側縁部に側縁に沿って横方向に切れ目なく且つ細く形成される。
【００４１】
このため、縦向きガス流路８０，８０の間に形成された放電空隙７０をガスが幅方向全域で均等な分布で流通する。また、スリット板３０Ａ，３０Ｂの各スリット３３，３３・・を冷却水が幅方向全域で均等な分布で流通するため、電極層１５，１５及び放電空隙７０が全幅にわたり効率的に冷却される。
【００４２】
更に、放電セルはセラミックスの焼結板により構成されており、各板材が高剛性である。しかも、各板材は積層接合による一体化、ブロック化により強化されている。このため、放電セルでの板材の変形が生じない。また焼結板の使用により、放電セルの製造過程では、セラミックスの高温焼結（１０００℃を超える高温焼結）が不要となり、セラミックスの高温焼結に伴う板材の変形が回避される。これらの変形回避のために、誘電板１０Ａ，１０Ｂ間に形成される放電空隙７０のギャップ量の面内分布が均一となる。
【００４３】
かくして、本実施形態のオゾン発生装置用板型放電セルでは、クリーン度の高いオゾンガスが生成されると共に、冷却能の向上、電極面積の拡大及びギャップ量の面内均一化により、高効率のオゾン発生が可能になる。
【００４４】
なお、上記実施形態は角板型放電セルであるが、円板型放電セルでもよい。その場合、誘電板１０におけるガス流通用の貫通孔１１，１１及び冷媒流通用の貫通孔１２，１２は、交差する２方向（通常は直角な２方向）において誘電板１０の中心を挟んで対設する位置に設けるのが合理的であり、電極層１５は、貫通孔１１，１１の間の領域と貫通孔１２，１２の間の領域が重なる四角形の領域に設けるのが合理的である。各貫通孔は誘電板１０の外周に沿った円弧状でもよいが、外側が該誘電板１０の外周に沿った円弧、内側が電極層１５に沿った直線かなる半月状の貫通孔の方が孔面積を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態を示すオゾン発生装置用板型放電セルの分解斜視図である。
【図２】同板型放電セルに使用されている誘電板の拡大斜視図である。
【図３】同板型放電セルの模式断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  誘電板
１１，１２  貫通孔
１３  ガス流路
１４  セラミック層
１５  電極層
１６  端子部
２０  絶縁板
２１，２２  貫通孔
３０  スリット板
３１  貫通孔
３３  スリット
４０  蓋板
４１  ガス孔
４２  冷媒孔
５０  ガラス接合層
６０  棒状リード
７０  放電空隙
８０  縦向きガス流路
【図３】
2007045671.tif 000003
【図１】
2007045671.tif 000004
【図２】
2007045671.tif 000005