(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の電気分解によりオゾンを発生させるアノードであって、チタン基板と、前記チタン基板の表面に取り付けられた複合酸化物層とを含み、前記複合酸化物層が金属酸化物でできており、前記金属酸化物中の金属元素がスズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルを含み、スズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルのモル比が（２００〜５００）：（２．５〜２０）：１：（１．５〜７）：（５〜１５）である、アノード。
【請求項２】
スズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルの前記モル比が（３００〜４００）：（５〜１５）：１：（３〜５）：（８〜１２）である、請求項１に記載のアノード。
【請求項３】
水の電気分解によりオゾンを発生させるアノードを製造する方法であって、
スズ前駆体、ルテニウム前駆体、マンガン前駆体、チタン前駆体、およびニッケル前駆体を含有する混合溶液を得るステップであって、前記スズ前駆体、前記ルテニウム前駆体、前記マンガン前駆体、前記チタン前駆体、および前記ニッケル前駆体の金属元素によるモル比が（２００〜５００）：（２．５〜２０）：１：（１．５〜７）：（５〜１５）である、ステップと、
チタン基板上に前記混合溶液をコーティングし、次いでか焼して前記アノードを得るステップと、
を含む、方法。
【請求項４】
前記チタン基板上に前記混合溶液をコーティングする前に、前記チタン基板を前処理し次いで前記チタン基板をエッチング溶液中でエッチングするステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記前処理がサンドブラストであり、かつ／または
前記エッチング溶液が、シュウ酸溶液および塩酸溶液から選択される少なくとも１つであり、かつ／または、前記エッチングが、７０℃〜９０℃の温度で２０分間〜４０分間行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記チタン基板上に前記混合溶液をコーティングした後、前記混合溶液を９０℃〜１３０℃の温度で５分間〜１０分間乾燥させるステップを含み、かつ／または
前記か焼が、３８０℃〜６００℃の温度で１時間〜３時間行われる、
請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記チタン基板上に前記混合溶液をコーティングし、次いでか焼する前記ステップが、３回〜５回繰り返される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
請求項１に記載のアノードを使用して水の電気分解によりオゾンを発生させる方法であって、水の電気分解によりオゾンを発生させる前記方法の条件は、電圧が２４Ｖ以下であること、および定電流密度が２０ｍＡ／ｃｍ２以下であることを含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載のアノードを含む、オゾン発生システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のオゾン発生システムを含む、歯科用スケーラー。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本開示は、オゾン発生の技術分野に、特に水の電気分解によりオゾンを発生させるアノード、その製造方法および使用、オゾン発生システムならびに歯科用スケーラーに関する。
【０００２】
発明の背景
オゾン水は、歯をすすぎ、または口腔ケアを行うのに使用され、このことにより、歯および口腔内のウイルス、結核菌、大腸菌、淋菌、およびチフス菌などの細菌ならびに有害微生物を迅速かつ効果的に殺滅することができる。水を電気分解してオゾンを生じさせる技術は、低電圧、有害な副生成物がないなどの利点を有し、原理は直流電圧を使用することにより水を電気分解してアノードでオゾンを発生させる、ということである。しかし、この方法は、適切な量でオゾンを制御可能に発生させるのが難しく、この手法により発生させたオゾン水を使用して歯をすすぐ場合、安定した殺菌効果を維持できないという欠点を有する。
【０００３】
概要
したがって、水の電気分解によりオゾンを発生させ、適切な量でオゾンを安定して発生させることができるアノードを提供する必要がある。
【０００４】
水の電気分解によりオゾンを発生させるアノードであって、チタン基板と、チタン基板の表面に取り付けられた複合酸化物層とを含む、アノードが提供される。複合酸化物層は、金属酸化物でできている。金属酸化物中の金属元素はスズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルを含み、スズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルのモル比は（２００〜５００）：（２．５〜２０）：１：（１．５〜７）：（５〜１５）である。
【０００５】
実施形態の１つでは、スズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルのモル比は、（３００〜４００）：（５〜１５）：１：（３〜５）：（８〜１２）である。
【０００６】
水の電気分解によりオゾンを発生させるアノードを製造する方法であって、スズ前駆体、ルテニウム前駆体、マンガン前駆体、チタン前駆体、およびニッケル前駆体を含有する混合溶液を得るステップであって、スズ前駆体、ルテニウム前駆体、マンガン前駆体、チタン前駆体、およびニッケル前駆体の金属元素によるモル比が（２００〜５００）：（２．５〜２０）：１：（１．５〜７）：（５〜１５）である、ステップと、
チタン基板上に混合溶液をコーティングし、次いでか焼してアノードを得るステップと、
を含む、方法が提供される。
【０００７】
実施形態の１つでは、チタン基板上に混合溶液をコーティングする前に、方法は、チタン基板を前処理し次いでチタン基板をエッチング溶液中でエッチングするステップをさらに含む。
【０００８】
実施形態の１つでは、前処理はサンドブラストである。
実施形態の１つでは、エッチング溶液は、シュウ酸溶液および塩酸溶液から選択される少なくとも１つである。
【０００９】
実施形態の１つでは、エッチングは、７０℃〜９０℃の温度で２０分間〜４０分間行われる。
【００１０】
実施形態の１つでは、スズ前駆体、ルテニウム前駆体、マンガン前駆体、チタン前駆体、およびニッケル前駆体の金属元素によるモル比は、（２００〜５００）：（２．５〜２０）：１：（１．５〜７）：（５〜１５）である。
【００１１】
実施形態の１つでは、チタン基板上に混合溶液をコーティングした後、方法は混合溶液を９０℃〜１３０℃の温度で５分間〜１０分間乾燥させるステップを含む。
【００１２】
実施形態の１つでは、か焼は３８０℃〜６００℃の温度で１時間〜３時間行われる。
実施形態の１つでは、チタン基板上に混合溶液をコーティングし、次いでか焼するステップは、３回〜５回繰り返される。
【００１３】
上記のアノードを使用して水の電気分解によりオゾンを発生させる方法がさらに提供される。
【００１４】
実施形態の１つでは、水の電気分解によりオゾンを発生させる方法の条件は、電圧が２４Ｖ以下であること、および定電流密度が２０ｍＡ／ｃｍ２以下であることを含む。
【００１５】
上記のアノードを含むオゾン発生システムがさらに提供される。
上記のオゾン発生システムを含む歯科用スケーラーがさらに提供される。
【００１６】
部品の構造および組合せの様々な新規の詳細および他の利点を含めて本開示の上のおよびその他の特徴について、添付の図面を参照してより具体的に説明し、かつ特許請求の範囲において指摘する。
【００１７】
実施形態の詳細な説明
本開示の実施形態について、添付の図面を参照して以下により詳細に説明する。しかし、本開示の種々の実施形態は、多くの様々な形態で具現化することが可能であり、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきものではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示を徹底的ならびに完全なものにして、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように提供されているものである。
【００１８】
別段の定めがない限り、本明細書で使用されるあらゆる用語（技術用語および科学用語を含めて）は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列記項目の１つまたは複数のありとあらゆる組合せを含む。
【００１９】
一実施形態による水の電気分解によりオゾンを発生させるアノードは、チタン基板と、チタン基板の表面に取り付けられた複合酸化物層とを含む。
【００２０】
チタン基板は、チタンプレートまたはチタンロッドなどの任意の形状のチタンベースの材料であってもよい。チタン基板は、チタン含有量９８％以上を有するチタン合金でできていてもよい。
【００２１】
チタン基板は、少なくとも１つの表面を有することができ、複合酸化物層は、チタン基板の１つの表面に取り付けられていてもよく、チタン基板の複数の表面に取り付けられていてもよい。複合酸化物層は金属酸化物でできており、金属酸化物中の金属元素はスズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルを含み、すなわち、複合酸化物層の材料は酸化スズ、酸化ルテニウム、酸化マンガン、酸化チタン、および酸化ニッケルを含む。スズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルのモル比は（２００〜５００）：（２．５〜２０）：１：（１．５〜７）：（５〜１５）である。一実施形態では、スズ、ルテニウム、マンガン、チタン、およびニッケルのモル比は、（３００〜４００）：（５〜１５）：１：（３〜５）：（８〜１２）である。
【００２２】
上記アノードは特殊な複合酸化物層を有しており、アノードを水の電気分解によりオゾンを発生させる方法で使用する場合、オゾン濃度０．１ｍｇ／Ｌ〜０．６ｍｇ／Ｌのオゾン水を安定して生じさせることができる。
【００２３】
一実施形態により上記のアノードを製造する方法は、以下のステップを含む。
ステップＳ１では、チタン基板を前処理して、前処理されたチタン基板を得る。
【００２４】
前処理は、サンドブラストとすることができる。チタン基板の表面の粗さは、サンドブラスト処理により高めることができ、この処理は、チタン基板の表面上の複合酸化物層の接着を改善するのに有益である。サンドブラスト処理に使用されるブラスト材料は、例えば、炭化ケイ素または石英砂とすることができる。
【００２５】
ステップＳ２では、前処理チタン基板をエッチング溶液中でエッチングして、エッチングされたチタン基板を得る。
【００２６】
エッチング溶液は、シュウ酸溶液および塩酸溶液のうちの少なくとも１つとすることができる。加えて、シュウ酸溶液は２０重量％〜５０重量％の濃度とすることができ、塩酸溶液は１０重量％〜３０重量％の濃度とすることができる。エッチングは、７０℃〜９０℃の温度で２０分間〜４０分間行うことができる。チタン基板の表面上の複合酸化物層の接着は、エッチングによりさらに改善される。エッチング後、チタン基板の表面上に残留したエッチング液は、純水ですすいで、エッチングされたチタン基板を得ることができる。
【００２７】
ステップＳ３では、スズ前駆体、ルテニウム前駆体、マンガン前駆体、チタン前駆体、およびニッケル前駆体を含有する混合溶液が得られる。
【００２８】
スズ前駆体、ルテニウム前駆体、マンガン前駆体、チタン前駆体、およびニッケル前駆体の金属元素によるモル比は、（２００〜５００）：（２．５〜２０）：１：（１．５〜７）：（５〜１５）である。一実施形態では、モル比は（３００〜４００）：（５〜１５）：１：（３〜５）：（８〜１２）である。
【００２９】
スズ前駆体は、スズを含有する化合物であり、例えば、塩化スズおよびシュウ酸スズのうちの少なくとも１つとすることができる。ルテニウム前駆体は、ルテニウムを含有する化合物であり、例えば、塩化ルテニウムとすることができる。マンガン前駆体は、マンガンを含有する化合物であり、例えば塩化マンガンとすることができる。チタン前駆体は、チタンを含有する化合物であり、例えば、チタン酸ブチルとすることができる。ニッケル前駆体は、ニッケルを含有する化合物であり、例えば、塩化ニッケルおよび酢酸ニッケルのうちの少なくとも１つとすることができる。
【００３０】
混合溶液は、スズ前駆体、ルテニウム前駆体、マンガン前駆体、チタン前駆体、およびニッケル前駆体を上記の比に従って溶媒に溶解させることにより得ることができる。溶媒は、例えば、エタノール、イソプロパノール、およびｎ−ブタノールからなる群から選択される少なくとも１つとすることができる。溶媒の量は広い範囲内で調整でき、例えば、ルテニウム前駆体、マンガン前駆体、チタン前駆体、ニッケル前駆体、およびスズ前駆体の総重量と溶媒の重量との比は１：（５〜２０）とすることができる。
【００３１】
ステップＳ４では、エッチングされたチタン基板上に混合溶液をコーティングし、乾燥させ、次いでか焼して、水の電気分解によりオゾンを発生させるアノードを得る。
【００３２】
乾燥は、９０℃〜１３０℃の温度で５分間〜１０分間行うことができる。か焼は、３８０℃〜６００℃の温度で１時間〜３時間行われる。
【００３３】
加えて、エッチングされたチタン基板上に混合溶液をコーティングし、乾燥させ、次いでか焼するステップを３回〜５回繰り返すことができ、このことは、チタン基板の表面上の金属酸化物の堆積量を増加するのに有益である。この場合、最終か焼の温度は、前のか焼の温度より高くてもよく、例えば、ステップが５回繰り返される場合、最初の４回のか焼の温度は３８０℃〜４５０℃とすることができ、５回目のか焼の温度は５００℃〜６００℃とすることができる。
【００３４】
上記のアノードは、水の電気分解によりオゾンを発生させる方法において、特に低圧下での水の電気分解によりオゾンを発生させる方法に使用することができる。一実施形態では、水の電気分解によりオゾンを発生させる方法の条件は、電圧が２４Ｖ以下であること、および定電流密度が２０ｍＡ／ｃｍ２以下であることを含む。加えて、電圧は１２Ｖ〜２４Ｖとすることができ、定電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２〜２０ｍＡ／ｃｍ２とすることができる。
【００３５】
上記のアノードは、歯科用スケーラーのオゾン発生システムの製造に特に適しており、水を供給し、かつ直流電源装置と一定の電流とを提供する条件下で時と場所を問わず、適切で安定したオゾン濃度のオゾン水を生じさせることができ、ならびに、安全なオゾン水の生産を任意の水流で行うことができる。上記のアノードを使用することによって製造したオゾン発生システムは、市場に出ているあらゆる歯科用スケーラーで使用できるとともに、高耐用性、低コスト、無公害、簡単な製造、携帯に便利であることなど、極めて有利である。
【００３６】
一実施形態による歯科用スケーラーはオゾン発生システムを含み、これは上記のアノードを含む。加えて、オゾン発生システムはまた、カソード、アノードおよびカソードを収容する容器、電源ユニットなどの当技術分野の従来の構造も含む。カソードとアノードは対向して配置することができ、水の電気分解によるオゾン発生に関してより優れた効果を得るために、カソードとアノード間の垂直距離は５ｍｍ以下である。オゾン発生システムは、独立した構成部品または標準部品として使用できるとともに、ウォータータンクと歯科用スケーラーのウォーターポンプとの間、もしくはウォーターポンプとノズルとの間、またはノズル構成部品の内部に設置することができる。オゾン発生システムを定電流電源装置に電気的に接続する場合、ある特定の流量の水がオゾン発生システムを急速に通流するとともに、オゾン濃度が０．１ｍｇ／Ｌ〜０．６ｍｇ／Ｌのオゾン水を、アノードで安定して生じさせることができる。オゾン水は歯肉をあらゆる方向で清潔にすることができ、このことによって、迅速な洗浄の目的を達成できるだけではなく、殺菌および消毒を直接行って口臭を除去することもでき、その結果、口腔を清浄化し、かつ歯肉の衛生を保護するという二重の効果を達成し得る。上記の歯科用スケーラーは、使用中に有毒物質の残留物や添加剤がまったくなく、安全に使用でき、環境に優しく、かつ健康的な低コスト製品である。
【実施例】
【００３７】
以下の実施例は、本開示をさらに例示するものであるが、本開示を限定することを意図するものではない。
【００３８】
実施例で使用されるチタン基板はチタンプレートＴＡ１であり、他の試薬はすべて市販の製品である。
【００３９】
実施例１
チタンプレートをサンドブラスト処理に供し、次いで、濃度が２０重量％のシュウ酸溶液中に入れて８０℃の温度で３０分間エッチングし、取り出し、純水ですすいだ。塩化スズ、塩化ルテニウム、塩化マンガン、チタン酸ブチル、および塩化ニッケルをエタノールに溶解させて、Ｓｎ：Ｒｕ：Ｍｎ：Ｔｉ：Ｎｉ（モル比）＝３２０：１２：１：４：１０、および塩化スズ、塩化ルテニウム、塩化マンガン、チタン酸ブチル、および塩化ニッケルの総重量とエタノールの重量との比が１：５である、混合溶液を得た。混合溶液をチタンプレートの表面にコーティングし、１２０℃の温度で１０分間乾燥させ、次いで、４５０℃の温度で１時間か焼した。コーティングを再び繰り返し、上の条件下で４回乾燥させ、か焼した。か焼温度を６００℃に上昇させ、最後にか焼を３時間実施して、本実施例で製造したアノードを得た。
【００４０】
実施例２
本実施例のアノードを製造するステップは、Ｓｎ：Ｒｕ：Ｍｎ：Ｔｉ：Ｎｉ（モル比）＝４００：１５：１：５：１２の混合溶液中であることの他は、実施例１のステップと実質的に同じとした。
【００４１】
実施例３
本実施例のアノードを製造するステップは、Ｓｎ：Ｒｕ：Ｍｎ：Ｔｉ：Ｎｉ（モル比）＝３００：５：１：３：８の混合溶液中であることの他は、実施例１のステップと実質的に同じとした。
【００４２】
実施例４
本実施例のアノードを製造するステップは、Ｓｎ：Ｒｕ：Ｍｎ：Ｔｉ：Ｎｉ（モル比）＝２００：２．５：１：１．５：５の混合溶液中であることの他は、実施例１のステップと実質的に同じとした。
【００４３】
実施例５
本実施例のアノードを製造するステップは、Ｓｎ：Ｒｕ：Ｍｎ：Ｔｉ：Ｎｉ（モル比）＝５００：２０：１：７：１５の混合溶液中であることの他は、実施例１のステップと実質的に同じとした。
【００４４】
比較例１
本比較例のアノードを製造するステップは、Ｓｎ：Ｒｕ：Ｍｎ：Ｎｉ（モル比）＝５００：２０：１：１５の混合溶液がチタン酸ブチルを含有しなかったことの他は、実施例１のステップと実質的に同じとした。
【００４５】
試験例
実施例１〜５および比較例１で製造したアノードをオゾン発生システムに組み込み、オゾン発生について試験した。
【００４６】
アノードおよびカソードを、アノードとカソードとの間の距離が２ｍｍの容器に入れた。容器は給水口と流出口とを有し、定電流電源装置に電気的に接続した。上限電圧は２０Ｖとし、定電流密度は１５ｍＡ／ｃｍ２とした。水道水を１５Ｌ／ｈｒの流量で給水口から注入し、オゾン水のリアルタイム濃度を流出口で試験した。オゾン濃度を０．５時間毎に記録し、表１に列記した。
【００４７】
【表１】
0006869576.tif 000002
【００４８】
表１から、水の電気分解によりオゾンを発生させる方法で本開示のアノードを使用すると、オゾン濃度が０．１ｍｇ／Ｌ〜０．６ｍｇ／Ｌのオゾン水を安定して生じさせることができることが分かる。
【００４９】
それぞれの例示的な実施形態について一例ずつ説明してきたが、それぞれの例示的な実施形態は切り離されるものではないことを理解されたい。当業者であれば、本出願の開示を読むことにより、それぞれの例示的な実施形態に含まれるそれぞれの技術的特徴は、互いに衝突しない限り、それぞれの例示的な実施形態間で任意に組み合わせることが可能であることを明らかに理解するであろう。もちろん、同じ例示的実施形態で述べたそれぞれの技術的特徴についてもまた、互いに衝突しない限り任意に組み合わせることができる。
【００５０】
前述の説明は、本開示の特定の例示的な実施形態に過ぎず、本開示の保護範囲を限定することを意図するものではない。本開示に開示された技術的範囲内で当業者であれば容易に理解されるあらゆる変形または置換えは、すべて本開示の保護範囲内に包含されるものとする。したがって、本開示の保護範囲は、添付の特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。