(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内層に放電空間を有する積層セラミック製のセル部と、
前記セル部の外周に設けられ、前記放電空間の一方側に対向する位置に形成される通孔を有するセラミック製の側壁部と、
前記通孔を封止するセラミック製の封止部と、
を備えることを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
前記通孔の開口面積は、前記放電空間の開口面積と同等、またはそれ以上であることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
前記セル部の上面および下面の一方または両方の面側に設けられ、前記セル部を保護するためのセラミック製の保護部を備えることを特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のオゾン発生装置を製造する方法であって、
複数枚のセラミックグリーンシートを所定の形状に加工し、前記セル部および前記側壁部の内層に相当するセラミックグリーンシートに前記放電空間および前記通孔に相当する第１および第２の穴部を形成する工程と、
前記第１の穴部に形状保持部材を挿入し、前記第１の穴部の内壁に前記形状保持部材を密着させる工程と、
前記形状保持部材を挿入したセラミックグリーンシートと、前記セル部および前記側壁部の表面層に相当するセラミックグリーンシートとを積層し、一体化する工程と、
前記一体化する工程後、前記第２の穴部から前記形状保持部材を抜取る工程と、
前記形状保持部材を抜取る工程後、前記第２の穴部の開口を絶縁ペーストにより塞ぐ工程と、
前記第２の穴部の開口を前記絶縁ペーストにより塞いだグリーンシート積層体を焼成する工程と、
を含むことを特徴とするオゾン発生装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾン発生装置（以下、「オゾン発生装置」をオゾナイザーという）およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体装置の製造プロセスにおける重要な工程の一つとして、熱気相化学成長法（ＣＶＤ）により層間絶縁膜を堆積させる工程が知られている。上記の工程において、モノシラン系が材料として用いられており、特にステップガバレッジ性に優れるテトラエトキシシラン−オゾン系（ＴＥＯＳ−Ｏ3）を材料とするＣＶＤ技術が有望である。上記のオゾンとしては、高濃度でかつ高純度なものが望まれている。
【０００３】
オゾナイザーとしては、金属板にガラス等の誘電体をコーティングした、いわゆるホーロー材を用いてこのホーロー材を対向させてセルを構成し、そのセルの間にガス通路を形成するとともに、このガス通路に酸素、空気などの原料気体を流して電圧を印加することにより放電現象を生じさせてオゾンを発生させるようにしたものが実用化されている。上記のホーロー材を用いたオゾナイザーは、複数個のセルを段積みにし、所定の性能が発揮できるように設計されているのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなホーロー材を用いたオゾナイザーにおいては、セル単体は厚みが例えば３５ｍｍ程度であるため、所定量の放電を行なわせるための装置が大型化することが避けられず、また投入電力に対するオゾン発生効率がよくないという問題があった。
【０００５】
そこで、板状体からなる電極と、セラミックスなどからなる板状の誘電体とが積層され、内層に放電空間が形成されてなる積層セラミック製のセル部を用いたオゾナイザーが検討されている。このような積層セラミック製のセル部を用いたオゾナイザーにおいては、放電空間に電圧を印加することにより放電現象を生じさせてオゾンを発生させるようにしている。そして、積層セラミック製のセル部は厚みが例えば８ｍｍ程度であり、装置を小型化することが可能である。
【０００６】
ところが、上記の積層セラミック製のセル部を用いたオゾナイザーにおいては、投入電力に対するオゾン発生効率を向上させるため、放電空間の厚み方向の間隙を例えば０．１５ｍｍよりも小さくすると、放電空間の内壁が変形する、いわゆるつぶれが発生するという問題があった。このつぶれは、積層セラミック製のセル部を製造するとき、所定の形状に加工した複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、熱圧着して一体化する工程において生じる。すなわち、オゾナイザーの内層に形成される放電空間は、積層セラミック体の圧着時の圧力によりつぶれるのである。
【０００７】
積層セラミック製のセル部を用いたオゾナイザーにおいては、放電空間がつぶれると、オゾン発生量を増大させるために放電空間内に流す原料気体の流量を増大させたとき、圧力損失が生じ、投入電力に対するオゾン発生効率が低下するという問題がある。そこで、積層セラミック製セル部を製造するとき、積層セラミック製セル部の内層に相当するセラミックグリーンシートに放電空間に相当する穴部を形成し、この穴部に形状保持部材を挿入してセラミックグリーンシートとを積層して一体化した後、積層セラミック体の表面層に形成される開口部から形状保持部材を抜取り焼成する方法が考えられる。
【０００８】
しかしながら、上記の積層セラミック製のセル部を用いたオゾナイザーの製造方法では、積層セラミック製セル部の厚みが大きい場合、または積層セラミック製セル部の上下面の外側にセル部を保護するための保護部が一体的に設けられる場合等において、オゾナイザーを製造するとき、上記の開口部から形状保持部材を抜取ることが困難であり、製造が困難となり製品歩留まりが低下して製造コストが増大するという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、製造が容易なオゾナイザーを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、製品歩留まりが向上して製造コストが低減されるオゾナイザーの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のオゾナイザーによると、内層に放電空間を有する積層セラミック製のセル部と、このセル部の外周に設けられ、放電空間の一方側に対向する位置に形成される通孔を有するセラミック製の側壁部と、通孔を封止するセラミック製の封止部とを備えている。このため、積層セラミック製セル部の厚みが大きい場合においても、オゾナイザーを製造するとき、セル部および側壁部の内層に相当するセラミックグリーンシートに放電空間および通孔に相当する穴部を形成し、放電空間に相当する穴部に形状保持部材を挿入してセラミックグリーンシートとを積層して一体化した後、通孔に相当する穴部から形状保持部材を容易に抜取ることができる。したがって、積層セラミック体の圧着時に放電空間に相当する穴部の形状を保持し、この穴部の内壁が変形するのを防止することができる。その後、通孔に相当する穴部の開口は封止部により封止することができる。上記のことから、製造が容易となり製造工数が低減される。また、作動時に供給した原料ガスや発生したオゾンガスが通孔から漏れることを封止部により防止することができる。
【００１１】
さらに、オゾナイザーを製造するとき、放電空間に相当する穴部に形状保持部材を挿入することにより、放電空間の厚み方向の間隙を微小にすることができる。したがって、オゾン発生量を増大させるために放電空間内に流す原料気体の流量を増大させたとき、圧力損失が生じることはなく、投入電力に対するオゾン発生効率を高めることができる。
【００１２】
本発明の請求項２記載のオゾナイザーによると、通孔の開口面積は、放電空間の開口面積と同等、またはそれ以上であるので、オゾナイザーを製造するとき、積層セラミック体を一体化した後、通孔に相当する穴部から形状保持部材を極めて容易に抜取ることができる。したがって、製造が極めて容易となり、製造工数が確実に低減される。
【００１３】
本発明の請求項３記載のオゾナイザーによると、セル部を保護するためのセラミック製の保護部は、セル部の上面および下面の一方または両方の面側に設けられているので、セル部と保護部との間に冷却水導入溝を形成することができる。したがって、セル部を外部環境から保護するとともに、オゾン発生効率を高めることができる。
【００１４】
本発明の請求項４記載のオゾナイザーの製造方法によると、複数枚のセラミックグリーンシートを所定の形状に加工し、セル部および側壁部の内層に相当するセラミックグリーンシートに放電空間および通孔に相当する第１および第２の穴部を形成し、第１の穴部に形状保持部材を挿入して第１の穴部の内壁に形状保持部材を密着させ、形状保持部材を挿入したセラミックグリーンシートと、セル部および側壁部の表面層に相当するセラミックグリーンシートとを積層して一体化し、第２の穴部から形状保持部材を抜取り、第２の穴部の開口を絶縁ペーストにより塞ぎ焼成する。したがって、第２の穴部から形状保持部材を容易に抜取ることができるので、製造が容易となり、製品歩留まりが向上して製造コストが低減される。
【００１５】
本発明によるオゾナイザーの製造方法においては、セラミック原料粉末に必要に応じて焼結助剤や着色剤を少量加えた粉体に、バインダ、分散剤、可塑剤、有機溶媒等を添加して湿式混合を行い、スラリーを調製する。次に、このスラリーを用いてドクターブレード法等により複数枚のセラミックグリーンシートを作製する。その後、セル部および側壁部の内層に相当するセラミックグリーンシートに放電空間および通孔に相当する第１および第２の穴部を打ち抜き型やパンチングマシーン等を用いて形成し、必要によりセラミックグリーンシートに電極用の導体ペーストを印刷する。そして、第１の穴部に形状保持部材を挿入して第１の穴部の内壁に形状保持部材を密着させ、形状保持部材を挿入したセラミックグリーンシートとセル部および側壁部の表面層に相当するセラミックグリーンシートとを積層して一体化し、第２の穴部から形状保持部材を抜取り、第２の穴部の開口を絶縁ペーストにより塞ぎ焼成することにより、オゾナイザーを製造することができる。
【００１６】
セラミックグリーンシートは、セラミックスの原料粉末、有機溶媒、可塑剤およびバインダ等から構成される。セラミックスの原料粉末は、アルミナ、窒化アルミ、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、低温焼成のガラスセラミックス等あらゆるセラミックスを用いることができる。有機溶媒としては、例えばトルエン、キシレン、アルコール類等が挙げられ、可塑剤としては、例えばジブチルフタレート、ジオキシルフタレート等が挙げられ、バインダとしては、例えばアクリル樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられる。これらの混合割合は、セラミックスの原料粉末１００重量部に対し、有機溶媒が２０〜８０重量部、可塑剤が１〜５重量部、バインダが５〜２０重量部が好ましい。
【００１７】
形状保持部材としては、セラミックグリーンシートに形成した第１の穴部の内壁に密着する程度に成形精度が高く、複数枚のセラミックグリーンシートを積層して一体化するときの圧力に耐える程度に硬度が高く、一体化したグリーンシート積層体から抜取ることが可能な程度に表面の摩擦係数が小さいことが好ましい。形状保持部材は、例えば鉄、クロム、ニッケル、アルミニウム、チタン等の金属板と、この金属板の表面を覆う例えばポリテトラフルオルエチレン（テフロン、フルオン）等のフッ素系樹脂とを有することが好ましい。
【００１８】
セラミックグリーンシートに形成した第１の穴部に形状保持部材を挿入して第１の穴部の内壁に形状保持部材を密着させ、形状保持部材を挿入したセラミックグリーンシートとセル部および側壁部の表面層に相当するセラミックグリーンシートとを積層して一体化することにより、圧着時に第１の穴部の形状を保持し、第１の穴部の内壁が変形するのを防止することができる。そして、第２の穴部から形状保持部材を抜取ることにより、グリーンシート積層体の内層につぶれのない微小空間を形成することができる。その後、第２の穴部の開口を絶縁ペーストにより塞ぎ焼成することにより、内層につぶれのない放電空間を有する積層セラミック製のセル部を得ることができる。
【００１９】
絶縁ペーストは、セラミックグリーンシートと同様に、セラミックスの原料粉末、有機溶媒、可塑剤およびバインダ等から構成される。セラミックスの原料粉末は、セラミックグリーンシートと同様のアルミナ、窒化アルミ、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、低温焼成のガラスセラミックス等のセラミックスが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるオゾナイザーについて、図１〜図７を用いて説明する。
【００２１】
図１および図２に示すように、第１実施例のオゾナイザーは、積層アルミナ製のセル部１００と、積層アルミナ製の側壁部５０と、アルミナ製の封止部６０とから構成される。セル部１００は、放電電極１０、誘電体部２０、放電空間３０を有している。
【００２２】
放電電極１０は、タングステン、モリブデン等からなり、図示しない電源に放電電極１０が電気的に接続されて放電電極１０と誘電体部２０との間に電圧が印加されるようになっている。
【００２３】
放電空間３０は、厚み方向の間隙ｔ＝０．１ｍｍ、幅ｗ＝１０ｍｍに設定されている。なお、図２においては、説明を容易にするために５個の放電空間３０を示したが、セル部１００は１０個の放電空間３０を有している。また、間隙ｔは誇張されて示されている。
【００２４】
放電空間３０は、一方の開口部３０ａがセル部１００と外壁部５０との間の表面部に形成される開口部２６を経由して図示しないガス供給口に連通しており、他方の開口部３０ｂがセル部１００と外壁部５０との間の表面部に形成される形成される開口部２７を経由して図示しないガス排出口に連通している。したがって、ガス供給口から開口部２６を経由して原料ガスを供給して、開口部２７を経由してガス排出口からガスを排出するとともに、電源により放電電極１０と誘電体部２０との間に電圧を印加すると、放電空間３０で放電がなされ、放電空間３０を流れる原料ガスがオゾン化されるようになっている。
【００２５】
側壁部５０は、放電空間３０の他方の開口部３０ｂに対向する位置に形成される通孔５３を有している。すなわち通孔５３は、放電空間３０の一方側に対向する位置に形成されている。通孔５３の開口面積は、放電空間３０の開口面積と同等、またはそれ以上である。通孔５３はアルミナ製の封止部６０により封止されているので、作動時に供給した原料ガスや発生したオゾンガスが通孔５３から漏れることを封止部６０によって防止することができる。
【００２６】
次に、オゾナイザーの製造方法について述べる。
(1) アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、焼成タルク、炭酸カルシウム等の焼結助剤と、酸化チタン、酸化クロム、酸化モリブデン等の着色剤とを少量加えた粉体に、ジオキシルフタレート等の可塑剤、アクリル樹脂やブチラール樹脂等のバインダおよびトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリを作製し、ドクターブレード法によって例えば０．１〜０．２ｍｍ厚の複数枚のアルミナのグリーンシートを形成する。
【００２７】
(2) 各グリーンシートを打ち抜き型やパンチングマシーン等を用いて所望の形状に加工し、さらに、内層に相当するグリーンシートに放電空間および通孔に相当する第１および第２の穴部を打ち抜き型やパンチングマシーン等を用いて形成する。そして、放電電極に相当する箇所のグリーンシートの表面にタングステン粉末、モリブデン粉末等を用いた導体ぺーストを使用して電極パターンをスクリーン印刷する。
【００２８】
(3) 図３および図４に示すように、内層に相当するグリーンシート２１の第１の穴部３１に、予め用意しておいた形状保持部材４０を挿入し、第１の穴部３１の内壁に形状保持部材４０を密着させる。形状保持部材４０は、第１の穴部３１の内壁に対応した板形状をしており、ステンレス鋼板等の金属板と、その表面を覆うテフロン等のフッ素系樹脂とからなる。形状保持部材４０は成形精度を比較的高くすることが可能であるので、第１の穴部３１の内壁に形状保持部材４０を容易に密着させることができる。
【００２９】
(4) 図５に示すように、形状保持部材４０を挿入したグリーンシート２１と、表面層に相当するグリーンシート２２および２３とを積層し、このグリーンシート積層体を例えば１２０℃、２０．０ｋｇ／ｃｍ2の条件で熱圧着して一体化する。このとき、形状保持部材４０は硬度が比較的高いので、上記の圧力に耐えることが可能であり、第１の穴部３１の形状を保持することができる。すなわち、第１の穴部３１の内壁が変形するのを防止することができる。図５において、表面層に相当するグリーンシート２２および２３は放電電極に相当する電極パターン１２および１３を有している。
【００３０】
(5) 図６に示すように、一体化されたグリーンシート積層体の側壁部の内層に相当する部分５１に形成された第２の穴部５２から形状保持部材４０を図６に示す矢印Ｘ方向に抜取る。このとき、第２の穴部５２は、第１の穴部３１の他方の開口部３１ｂに対向する位置に形成されているので、第２の穴部５２から形状保持部材４０を容易に抜取ることができる。さらに、形状保持部材４０は、表面をフッ素系樹脂が覆っているので、表面の摩擦係数が小さく、第２の穴部５２から形状保持部材４０をさらに容易に抜取ることができる。さらにまた、第２の穴部５２の開口面積は、第１の穴部３１の開口面積と同等、またはそれ以上であるので、第２の穴部から形状保持部材４０を極めて容易に抜取ることができる。なお、第１の穴部３１は、一方の開口部３１ａが開口部２４に連通し、他方の開口部３１ｂが開口部２５に連通している。
【００３１】
(6) 図７に示すように、形状保持部材４０を抜取った後、アルミナのグリーンシートと同様に作製されたアルミナの絶縁ペースト６１を用いて第２の穴部５２の開口を塞ぐ。その後、乾燥して窒素−水素混合ガス雰囲気中で１５００〜１６００℃で焼成する。これにより、アルミナ製のオゾナイザーセルの内層に放電空間を形成し、導体ペースト中の樹脂分を分解および消失させて図１および図２に示すオゾナイザーが得られる。
【００３２】
上記の(1)〜(6)の工程で製造されたオゾナイザーにおいては、厚み方向の間隙が０．１ｍｍの放電空間３０につぶれが発生するのを防止することができる。したがって、第１実施例のオゾナイザーは、オゾン発生量を増大させるために放電空間３０内に流す原料ガスの流量を増大させたとき、圧力損失が生じることはなく、投入電力に対するオゾン発生効率を高めることができる。
【００３３】
第１実施例においては、形状保持部材４０を挿入したアルミナグリーンシート２１と、表面層に相当するアルミナグリーンシート２２および２３とを積層して一体化し、第２の穴部５２から形状保持部材４０を抜取り、第２の穴部５２の開口を絶縁ペースト６１により塞いだ後、焼成することができる。このため、第２の穴部５２から形状保持部材４０を容易に抜取ることができる。したがって、製造が容易となって製造工数が低減され、製品歩留まりが向上して製造コストが低減される。また、作動時に供給した原料ガスや発生したオゾンガスが通孔５３から漏れることを封止部６０によって防止することができる。
【００３４】
さらに第１実施例においては、通孔５３の開口面積は、放電空間３０の開口面積と同等、またはそれ以上であるので、オゾナイザーを製造するとき、グリーンシート積層体を一体化した後、第２の穴部５２から形状保持部材４０を極めて容易に抜取ることができる。したがって、製造が極めて容易となり、製造工数が確実に低減される。
【００３５】
（第２実施例）
第２実施例を図８、図９および図１０に示す。
第２実施例においては、図１に示す第１実施例の積層アルミナ製セル部１００の上下面の両側にセル部１００を保護するための保護部としてのアルミナ製のトッププレート８０およびボトムプレート９０を設けたものである。その他は第１実施例と同様であり、第１実施例と実質的に同一部分に同一符号を付す。
【００３６】
図８に示すように、第２実施例のオゾナイザーは、積層アルミナ製のセル部１００と、積層アルミナ製の側壁部５０と、アルミナ製の封止部６０と、アルミナ製のトッププレート８０と、アルミナ製のボトムプレート９０とから構成される。
【００３７】
セル部１００とトッププレート８０との間には冷却水を導入するための冷却水導入溝７０が形成されている。したがって、ガス供給口から開口部２６を経由して原料ガスを供給して、開口部２７を経由してガス排出口からガスを排出するとともに、冷却水導入溝７０に冷却水を導入して電源により放電電極１０と誘電体部２０との間に電圧を印加すると、放電空間３０で放電がなされ、放電空間３０を流れる原料ガスがオゾン化されるようになっている。
【００３８】
第２実施例においては、図９および図１０に示すように、オゾナイザーを製造するとき、形状保持部材４０を挿入したアルミナグリーンシート２１と、表面層に相当するアルミナグリーンシート２２および２３と、トッププレートおよびボトムプレートに相当するアルミナグリーンシート８１および９１とを積層して一体化し、第２の穴部５２から形状保持部材４０を図９に示す矢印Ｘ方向に抜取り、第２の穴部５２の開口を絶縁ペースト６１により塞いだ後、焼成することができる。このため、第２の穴部５２から形状保持部材４０を容易に抜取ることができる。したがって、製造が容易となって製造工数が低減され、製品歩留まりが向上して製造コストが低減される。なお、図９および図１０において、アルミナグリーンシート２２とアルミナグリーンシート８１との間には冷却水導入溝に相当する穴部７１が形成されている。
【００３９】
さらに第２実施例においては、セル部１００を保護するためのトッププレート８０およびボトムプレート９０がセル部１００の上下面の両側に設けられており、セル部１００とトッププレート８０との間に冷却水導入溝７０が形成されているので、セル部１００を外部環境から保護するとともに、オゾン発生効率を高めることができる。
【００４０】
以上説明した上記複数の実施例では、積層アルミナ製セル部１００を用いたオゾナイザーに本発明を適用したが、本発明では、積層アルミナ製セル部を用いたオゾナイザーに限らず、窒化アルミ、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、低温焼成のガラスセラミックス等の積層セラミック製セル部を用いたオゾナイザーに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるオゾナイザーを示すものであって、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるオゾナイザーを示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるオゾナイザーの製造方法を説明するためのものであって、グリーンシート積層体および形状保持部材を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例によるオゾナイザーの製造方法を説明するためのものであって、形状保持部材を挿入したグリーンシートを示す平面図である。
【図５】本発明の第１実施例によるオゾナイザーの製造方法を説明するためのものであって、グリーンシート積層体および形状保持部材を示す断面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】本発明の第１実施例によるオゾナイザーの製造方法を説明するためのものであって、第２の穴部の開口を塞いだ状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施例によるオゾナイザーを示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施例によるオゾナイザーの製造方法を説明するためのものであって、グリーンシート積層体および形状保持部材を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２実施例によるオゾナイザーの製造方法を説明するためのものであって、第２の穴部の開口を塞いだ状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０    放電電極
２０    誘電体部
３０    放電空間
３１    第１の穴部
４０    形状保持部材
５０    側壁部
５２    第２の穴部
５３    通孔
６０    封止部
６１    絶縁ペースト
７０    冷却水導入溝
８０    トッププレート（保護部）
９０    ボトムプレート（保護部）
１００    セル部
【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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