(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する二以上の板状の単位電極と、前記単位電極に電圧を印加するための接続部としての導電端子とを備え、前記導電端子を経由して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配設されるとともに、その一部が前記セラミック誘電体の端部側における他の単位電極と対向する側の表面まで延設された導電膜とを有してなり、
前記導電端子が、前記セラミック誘電体の端部側における他の単位電極と対向する側の表面まで延設された前記導電膜と電気的に接続した状態で配設されたプラズマ発生電極。
【請求項２】
互いに対向する二以上の板状の単位電極と、前記単位電極に電圧を印加するための接続部としての導電端子とを備え、前記導電端子を経由して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、前記単位電極の表面から見た場合に、一辺が内側に凹んだ部分を有する形状、又は一部に開口部が形成された形状の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配設されるとともに、その一部が前記セラミック誘電体の内部における配設方向と同じ方向に前記セラミック誘電体の前記凹んだ部分又は前記開口部が形成された部分まで延設された導電膜とを有してなり、
前記導電端子が、前記セラミック誘電体の前記凹んだ部分又は前記開口部が形成された部分まで延設された前記導電膜と電気的に接続した状態で配設されたプラズマ発生電極。
【請求項３】
前記導電端子が、溶接接合、ロウ付け接合、又は拡散接合によって前記導電膜に接合されたものである請求項１又は２に記載のプラズマ発生電極。
【請求項４】
前記導電端子が、延設された前記導電膜の表面に導電性材料を塗工して形成されたものである請求項１又は２に記載のプラズマ発生電極。
【請求項５】
前記導電端子が、鉄、ニッケル、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、金、銀、及び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請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項６】
前記導電膜が、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】
同一極性となる前記単位電極同士を電気的に接続する集電部材をさらに備えた請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【請求項８】
請求項１〜７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９】
前記プラズマ発生電極に電圧を印加するためのパルス電源をさらに備えた請求項８に記載のプラズマ反応器。
【請求項１０】
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９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、簡便かつ信頼性の高い電気的な接続が実現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、オゾンを利用した空気清浄器や、エンジンや各種の焼却炉等から排出される排気ガスを、上述したプラズマ場内を通過させることによって、その排気ガスに含まれる有害成分、例えば、ＮＯｘ、カーボン微粒子等の粒状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）、ＨＣ、ＣＯ等を処理する、プラズマ反応器等が開示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
このようなプラズマ反応器としては、例えば、セラミック誘電体と、そのセラミック誘電体の内部に配設された導電膜とを有する複数の板状の単位電極が、所定の間隔を隔てた状態で階層的に積層されたプラズマ発生電極を備えたものを挙げることができる。従来のプラズマ発生電極においては、このような板状の単位電極の端面に、それぞれの単位電極に対して電気的な接続を行うための導電端子が配設されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１７４９３８号明細書
【発明の開示】
【０００５】
しかしながら、従来のプラズマ発生電極は、単位電極の端面に導電端子が配設されているため、導電端子の接続部分の面積が非常に狭くなり、導電端子の接続が困難であることや、接続強度が低いという問題があった。また、このような導電端子に対しては、外部の電源等からの電気的な接続も困難であるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、簡便かつ信頼性の高い電気的な接続が実現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。
【０００７】
上述の目的を達成するため、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。
【０００８】
［１］互いに対向する二以上の板状の単位電極と、前記単位電極に電圧を印加するための接続部としての導電端子とを備え、前記導電端子を経由して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配設されるとともに、その一部が前記セラミック誘電体の端部側における他の単位電極と対向する側の表面まで延設された導電膜とを有してなり、前記導電端子が、前記セラミック誘電体の端部側における他の単位電極と対向する側の表面まで延設された前記導電膜と電気的に接続した状態で配設されたプラズマ発生電極（以下、「第一の発明」ということがある）。
【０００９】
［２］互いに対向する二以上の板状の単位電極と、前記単位電極に電圧を印加するための接続部としての導電端子とを備え、前記導電端子を経由して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、前記単位電極の表面から見た場合に、一辺が内側に凹んだ部分を有する形状、又は一部に開口部が形成された形状の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配設されるとともに、その一部が前記セラミック誘電体の内部における配設方向と同じ方向に前記セラミック誘電体の前記凹んだ部分又は前記開口部が形成された部分まで延設された導電膜とを有してなり、前記導電端子が、前記セラミック誘電体の前記凹んだ部分又は前記開口部が形成された部分まで延設された前記導電膜と電気的に接続した状態で配設されたプラズマ発生電極（以下、「第二の発明」ということがある）。
【００１０】
［３］前記導電端子が、溶接接合、ロウ付け接合、又は拡散接合によって前記導電膜に接合されたものである前記［１］又は［２］に記載のプラズマ発生電極。
【００１１】
［４］前記導電端子が、延設された前記導電膜の表面に導電性材料を塗工して形成されたものである前記［１］又は［２］に記載のプラズマ発生電極。
【００１２】
［５］前記導電端子が、鉄、ニッケル、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、金、銀、及び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前記［１］〜［４］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１３】
［６］前記導電膜が、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前記［１］〜［５］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１４】
［７］同一極性となる前記単位電極同士を電気的に接続する集電部材をさらに備えた前記［１］〜［６］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
【００１５】
［８］前記［１］〜［７］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（以下、「第三の発明」ということがある）。
【００１６】
［９］前記プラズマ発生電極に電圧を印加するためのパルス電源をさらに備えた前記［８］に記載のプラズマ反応器。
【００１７】
［１０］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［９］に記載のプラズマ反応器。
【００１８】
本発明のプラズマ発生電極は、それぞれの単位電極において、簡便かつ信頼性の高い電気的な接続が実現可能なものである。また、本発明のプラズマ反応器は、このようなプラズマ発生電極を備えていることから、空気清浄器や排気ガス処理装置として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に示す単位電極の平面図である。
【図４】本発明（第一の発明）のプラズマ発生電極の他の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図５】図４に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極を模式的に示す断面図である。
【図６】図５に示す単位電極の平面図である。
【図７】本発明（第二の発明）のプラズマ発生電極の一の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図８】図７に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極を模式的に示す断面図である。
【図９】図８に示す単位電極の平面図である。
【図１０】本発明（第二の発明）のプラズマ発生電極の他の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図１１】図７に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極の他の例を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１１に示す単位電極の平面図である。
【図１３】本発明（第二の発明）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１４】図１３に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極を模式的に示す断面図である。
【図１５】図１４に示す単位電極の平面図である。
【図１６】本発明（第三の発明）のプラズマ反応器の一の実施の形態を、プラズマ発生電極を構成する単位電極の表面に垂直に切断した断面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線における断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１：プラズマ発生電極、２：単位電極、３：セラミック誘電体、４：導電膜、５：導電端子、６：保持部材、７：貫通孔、１１：プラズマ発生電極、１２：単位電極、１３：セラミック誘電体、１４：導電膜、１５：導電端子、１６：開口部、１７：集電部材、２１：プラズマ反応器、２２：ケース体、２３：ガス流路、Ｂ：プラズマが発生する領域。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明（第一〜第三の発明）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。【００２２】
まず、第一の発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態について具体的に説明する。図１は、本実施の形態のプラズマ発生電極を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極を模式的に示す断面図であり、図３は、図２に示す単位電極の平面図である。図１〜図３に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極１は、互いに対向する二以上の板状の単位電極２と、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５とを備え、導電端子５を経由して単位電極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、セラミック誘電体３の内部に配設されるとともに、その一部がセラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された導電膜４とを有してなり、導電端子５が、セラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された導電膜４と電気的に接続した状態で配設されたプラズマ発生電極１である。【００２３】
従来のプラズマ発生電極においては、単位電極の電気的接続を行うための導電端子が、板状の単位電極の端面に配設されていた。このため導電端子の接続部分の面積が小さく、導電端子の接続が困難であったり、その接続強度が低くなっていた。本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、上述したように導電端子５が、導電膜４のセラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された部分と電気的に接続した状態で配設されているため、従来のプラズマ発生電極と比較して、導電端子５の接続部分の面積を大きくすることが可能となり、簡便かつ信頼性の高い電気的な接続が実現される。【００２４】
図１〜図３に示す導電膜４は、セラミック誘電体３の内部に配設されるとともに、その一部が、セラミック誘電体３の端面を経由して、セラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設されたものであるが、セラミック誘電体３の内部から他の単位電極２と対向する側の表面まで延設される際の導電膜４の経路については、これに限定されることはなく、例えば、図４〜図６に示すように、導電膜４が、セラミック誘電体３の内部に配設されるとともに、その一部が、セラミック誘電体３を貫通して、セラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設されたものであってもよい。図４に示すプラズマ発生電極１は、セラミック誘電体３に貫通孔７が形成されており、この貫通孔７を経由して導電膜４が配設されている。ここで、図４は、本発明（第一の発明）の他の実施の形態のプラズマ発生電極を模式的に示す断面図である。また、図５は、図４に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極を模式的に示す断面図であり、図６は、図５に示す単位電極の平面図である。【００２５】
図１〜図３に示すように、互いに対向する単位電極２のうちの少なくとも一方は、誘電体としてのセラミック誘電体３と、導電膜４とを有する、所謂、バリア放電型の電極であり、このように少なくとも一方の単位電極２がセラミック誘電体３を有していることにより、導電性を有する物質単独で構成された電極を用いて放電を行う場合と比較して、スパーク等の片寄った放電を減少させることができるとともに、単位電極２相互間に小さな放電を複数の箇所で起こすことができる。このような複数の小さな放電は、スパーク等の放電に比して流れる電流が少ないために、消費電力を削減することができ、さらに、誘電体が存在することによりイオンの移動開始以前に放電が停止し、単位電極２相互間では電子の移動が優位となり、温度上昇を伴わないノンサーマルプラズマを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。【００２６】
図１に示すプラズマ発生電極１においては、互いに対向する単位電極２の両方が、セラミック誘電体３と、このセラミック誘電体３の内部に配設されるとともに、その一部がセラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された導電膜４とを有しているが、プラズマ発生電極１を構成する互いに対向する単位電極２のうちの少なくとも一方が上述したようなセラミック誘電体３と導電膜４とを有していればよい。図示は省略するが、互いに対向する単位電極のうちの一方のみがセラミック誘電体と導電膜とを有する場合には、対向する他方の単位電極は、単なる導電性を有する板状の電極であってもよい。この場合、対向する他方の単位電極の構成については特に制限はなく、従来公知の電極、例えば、導電性を有する金属等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。【００２７】
また、図１に示すプラズマ発生電極１においては、導電膜４が、互いに対向する単位電極２の正極側と負極側、又は接地側と非接地（印加）側とで、それぞれ反対方向に延設されており、同一方向の端部側に配設された導電端子５が同一の極性となる。このため、集電部材（図示せず）等によって簡便に集電することができるとともに、信頼性の高い電気的接続を行うことができる。さらに、プラズマ発生電極１の小型化も可能となる。また、図示は省略するが、本実施の形態のプラズマ発生電極においては、隣接する単位電極に配設された導電端子において、必要な絶縁距離を確保することが可能であるならば、対向する単位電極の正極側と負極側、又は接地側と非接地側との区別なく、同一方向の端部側に、全ての導電端子を有する構成としてもよい。このように構成することによって、単位電極の端部の一方向側だけで全ての電気的接続を行うことが可能となり、プラズマ発生電極の配線回しが容易になる。【００２８】
本実施の形態のプラズマ発生電極１に用いられる導電端子５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５の形状については、特に制限はないが、延設された導電膜４の略全域を覆うよう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、延設された導電膜４を導電端子５によって保護することができる。例えば、このような導電端子５としては、導電性を有する板状部材を好適に用いることができる。【００２９】
本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、導電端子５が単位電極２の表面側に配設されることにより、導電端子５の面積を大きくすることができ、例えば、集電部材としてステンレス箔等を用いた場合に、溶接等の接続を容易に行うことができる。また、例えば、クリップ等を用いて導電端子５を挟む方法により集電を行うことも可能となる。さらに、金属によって構成された導電端子５をかしめて集電することも可能である。なお、導電端子５をかしめて集電する場合には、単位電極２を構成するセラミック誘電体３に過大な荷重がかからないように、導電端子５を単位電極２の両側に配設することが好ましい。【００３０】
このような導電端子５を導電膜４に接合する方法については特に制限はないが、例えば、この導電端子５が、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、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せから適時に選ぶことができる。【００３１】
導電端子５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、及び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。導電端子に板状の部材を用いる場合は、より具体的には、導電端子５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。このように導電端子５として板状の部材を用いる場合には、単位電極２の厚さによっても異なるが、この板状の部材の厚さが１ｍｍ以下であることが好ましい。【００３２】
また、本実施の形態のプラズマ発生電極１に用いられる導電端子５は、上述したように、板状の部材として形成したものを用いることなく、導電端子５が、延設された導電膜４の表面に導電性材料を塗工して形成されたものであってもよい。このような導電端子５としては、例えば、セラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された導電膜４に施された導電層メッキから形成されたものを挙げることができる。導電層メッキは、導電性を有する金属を含む導電性材料を、従来公知の方法、例えば、電解メッキや無電解メッキにより導電膜４に表面にメッキすることによって形成することができる。このように導電層メッキ自体を導電端子５とすることにより、ロウ付け等の金属製の導電端子の接合工程が不要となるだけでなく、端子部分の厚さを薄くすることができるため、熱応力に対する信頼性も向上する。【００３３】
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、及び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５を形成する場合には、比較的に得られる導電端子５の厚さが薄くなるために、延設された導電膜４の厚さを厚くすることが好ましい。【００３４】
また、導電端子５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５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５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５を形成してもよい。【００３５】
導電端子５を形成するための導電性材料については、特に制限はなく、導電膜４を形成するための材料と同一の材料であってもよいし、異なる材料であってもい。例えば、導電端子５を形成するための導電性材料として、導電膜４とは異なる材料を用いた場合には、耐熱性や、導電端子５からの集電を行う集電部材との接合性（例えば、半田濡れ性等）に優れたものとすることができるとともに、上述した集電部材と導電端子５とのレーザー溶接や超音波溶接も容易となる。【００３６】
また、例えば、導電膜４を形成する材料として白金等の貴金属を使用した場合には、導電端子５を形成するための導電性材料として、この導電膜４と同一の材料を用いることができる。このように導電膜４と同一の材料を用いた場合には、延設された導電膜４と導電端子５とを一体化させることができる。なお、プラズマ発生電極１を室温や比較的低い温度で使用するものとする場合には、ニッケル等の材料を用いて、導電膜４と導電端子５とを同一の材料から一体化させて形成してもよい。【００３７】
なお、導電性材料（金属ペースト）を塗布して導電端子５を形成する場合には、延設した導電膜４と得られた導電端子５とを焼成して一体化することが好ましい。このように構成することによって、緻密性及び密着性に優れた導電端子５とすることができる。また、電解メッキや無電解メッキによって形成する場合においても、熱処理等を行うことにより延設した導電膜４との密着性が向上する。なお、導電端子５の厚さについては特に制限はないが、例えば、上述したように塗工によって形成された導電端子５を用いる場合には、この金属メッキの厚さを０．００１〜０．１ｍｍとすることが好ましい。【００３８】
本実施の形態のプラズマ発生電極１に用いられ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、耐熱性に優れたセラミック誘電体３とすることができる。【００３９】
本実施の形態のプラズマ発生電極１に用いられるセラミック誘電体３は、テープ状の未焼成セラミック成形体、例えば、ドクターブレード法でテープ成形したセラミックグリーンシート等を用いて形成することができる。また、押出成形で得られたシートを用いても形成することができる。さらに、粉末乾式プレスで作製した平板を用いることも可能である。【００４０】
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プラズマを発生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。【００４１】
この導電膜４を、セラミック誘電体３の内部に配設する方法については特に制限はないが、例えば、導電膜４の好ましい材料として挙げた金属の粉末と、有機バインダーと、テルピネオール等の溶剤とを混合して調製した導電膜ペーストを、セラミック誘電体３となるセラミックグリーンシートに塗工して形成、配設することができる。具体的な塗工の方法としては、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、所定の形状に塗工して形成することが容易であり、表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電膜４を形成することができる。【００４２】
なお、板状のセラミック誘電体３と、セラミック誘電体３の内部に配設されるとともに、その一部がセラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された導電膜４とを有する単位電極２を形成するためには、まず、上述したように、セラミックグリーンシートの一方の面（塗工面）に導電膜ペーストを塗工する。この際、導電膜ペーストは、セラミックグリーンシートの塗工面の一部からはみ出すように塗工することが好ましい。【００４３】
次に、この導電膜ペーストを塗工したセラミックグリーンシートに、導電膜ペーストを覆うように、他のセラミックグリーンシート（導電膜ペーストを塗工していないセラミックグリーンシート）を積層する。これにより、セラミックグリーンシートの内部に導電膜ペーストが配設されることとなる。【００４４】
次に、このセラミックグリーンシートの内部の導電膜ペーストから、セラミックグリーンシートの端面を経由して、セラミックグリーンシートの表面（図１に示すプラズマ発生電極１における、他の単位電極２と対向する側の表面）にまで導電膜ペーストを塗工する。最初の工程において、セラミックグリーンシートの塗工面に塗工するに際し、塗工面の一部から導電膜ペーストがはみ出すように塗工した場合には、このはみ出した部分からセラミックグリーンシートの端面及び表面へと連続して塗工することができる。また、最初の工程において、セラミックグリーンシートの塗工面の一部から導電膜ペーストがはみ出すように塗工していない場合には、積層したセラミックグリーンシートを、内部の導電膜ペーストが現れるように切断することによって、その切断面からセラミックグリーンシートの端面及び表面へと連続して塗工することができる。このようにして導電膜ペーストが塗工されたセラミックグリーンシートを焼成することにより、図１に示すような、板状のセラミック誘電体３と、セラミック誘電体３の内部に配設されるとともに、その一部がセラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された導電膜４とを有する単位電極２を形成することができる。【００４５】
なお、図４〜図６に示すようなプラズマ発生電極１の単位電極２は、導電膜ペーストを塗工したセラミックグリーンシートに、この導電膜ペーストを覆うように他のセラミックグリーンシートを積層する際に、セラミックグリーンシートの少なくとも一方の端部側に貫通孔を形成したものを用い、積層後に、この貫通孔に導電膜ペーストを充填するとともに、この貫通孔の開口部を含むセラミックグリーンシートの表面に導電膜ペーストを塗工することによって形成することができる。【００４６】
なお、本実施の形態のプラズマ発生電極１は、単位電極２相互間を所定間隔に隔てた状態で良好に保持するための保持部材６を備えている。この保持部材６は、単位電極２相互間に配設されてプラズマを発生する空間を形成するための部材である。保持部材６は、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、及びコージェライト、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材料を含んでいることが好ましい。また、保持部材６は、局所的な沿面放電の防止の観点から、電気絶縁性を有することが好ましい。【００４７】
図１に示したプラズマ発生電極１は、六枚の単位電極２が、その両方の端部において保持部材６によって保持されたものであるが、単位電極２の数についてはこれに限定されることはなく、二以上の単位電極２を有し、これらの単位電極２が対向して配設されているものであればよい。【００４８】
本実施の形態のプラズマ発生電極１における、セラミック誘電体３や導電膜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選択して決定することができる。【００４９】
次に、第二の発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態について具体的に説明する。図７は、本発明（第二の発明）の一の実施の形態のプラズマ発生電極を模式的に示す断面図である。図８は、図７に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極を模式的に示す断面図であり、図９は、図８に示す単位電極の平面図である。図７〜図９に示すように、互いに対向する二以上の板状の単位電極１２と、単位電極１２に電圧を印加するための接続部としての導電端子１５とを備え、導電端子１５を経由して単位電極１２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１１であって、互いに対向する単位電極１２のうちの少なくとも一方が、板状のセラミック誘電体１３と、セラミック誘電体１３の内部に配設されるとともに、その一部がセラミック誘電体１３の内部における配設方向と同じ方向にセラミック誘電体１３の外部に延設された導電膜１４とを有してなり、導電端子１５が、セラミック誘電体１３の外部に延設された導電膜１４と電気的に接続した状態で配設されたプラズマ発生電極１１である。【００５０】
図７〜図９に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極１１においては、導電端子１５が配設された部位の厚さを、セラミック誘電体１３の厚さよりも薄くすることができ、例えば、図１０示すように、導電端子１５にステンレス箔のような集電部材１７（集電端子）等を溶接しても、単位電極１２の積層時に単位電極１２と保持部材６とが干渉することなく積層することができる。ここで、図１０は、他の実施の形態のプラズマ発生電極を模式的に示す断面図である。【００５１】
このように構成することによって、従来のプラズマ発生電極と比較して、導電端子の接続部分の面積を大きくすることが可能となり、図１に示したような、第一の発明の実施の形態（プラズマ発生電極１）と同様の効果を得ることができ、簡便かつ信頼性の高い電気的な接続が実現される。図７〜図９に示すように、セラミック誘電体１３と導電端子１５とを有する単位電極１２としては、例えば、セラミック誘電体１３となる二枚のセラミックグリーンシートを、その内部に導電膜１４を挟むように積層して形成したものを好適に用いることができる。具体的には、上述した二枚のセラミックグリーンシートのうちの一枚を大きなもの、例えば、延設された導電膜１４の形状に対応したものとし、このセラミックグリーンシートの表面に導電膜１４となる導電膜ペーストを配設する。次に、配設した導電膜ペーストの一部がはみ出すように他のセラミックグリーンシートを積層する。以下、第一の発明の実施の形態の単位電極２（図１参照）を形成する同様の方法に従い、セラミック誘電体１３と、その一部がセラミック誘電体１３の内部における配設方向と同じ方向にセラミック誘電体１３の外部に延設された導電膜１４とを有する単位電極１２を簡便に形成することができる。【００５２】
本実施の形態のプラズマ発生電極１１においては、互いに対向する単位電極１２の少なくとも一方が、セラミック誘電体１３と、その一部がセラミック誘電体１３の内部における配設方向と同じ方向にセラミック誘電体１３の外部に延設された導電膜１４とを有していればよいため、例えば、互いに対向する単位電極１２の両方が、このセラミック誘電体１３と導電膜１４とを有していてもよく、互いに対向する単位電極１２の一方のみが、セラミック誘電体１３と導電膜１４とを有していてもよい。図示は省略するが、互いに対向する単位電極のうちの一方のみがセラミック誘電体と導電膜とを有する場合には、対向する他方の単位電極は、単なる導電性を有する板状の電極であってもよい。この場合、対向する他方の単位電極の構成については特に制限はなく、従来公知の電極、例えば、導電性を有する金属等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。【００５３】
なお、図８及び図９に示す単位電極１２は、延設された導電膜１４の一方の表面を支えるために、この導電膜１４の一方の表面側のセラミック誘電体１３が、延設された導電膜１４と略同形状の形状であり、延設された導電膜１４に対して導電端子１５が電気的に接続した状態で配設されたものであるが、例えば、図１１及び図１２に示すように、単位電極１２の表面から見た場合に、セラミック誘電体１３の一部が内側に凹んだ形状であり、このセラミック誘電体１３の凹んだ部分まで導電膜１４が延設されるように配設されたものであってもよい。この場合には、セラミック誘電体１３の凹んだ部分まで延設された導電膜１４に導電端子１５が電気的に接続した状態で配設される。ここで、図１１は、図７に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極の他の例を模式的に示す断面図であり、図１２は、図１１に示す単位電極の平面図である。【００５４】
図７に示すプラズマ発生電極１１においては、導電膜１４が、互いに対向する単位電極１２の正極側と負極側、又は接地側と非接地（印加）側とで、それぞれ反対方向に延設されており、同一方向の端部側に配設された導電端子１５が同一の極性となる。このため、集電部材（図示せず）等によって簡便に集電することができるとともに、信頼性の高い電気的接続を行うことができる。さらに、プラズマ発生電極１１の小型化も可能となる。また、図示は省略するが、本実施の形態のプラズマ発生電極においては、隣接する単位電極に配設された導電端子において、必要な絶縁距離を確保することが可能であるならば、対向する単位電極の正極側と負極側、又は接地側と非接地側との区別なく、同一方向の端部側に、全ての導電端子を有する構成としてもよい。このように構成することによって、単位電極の端部の一方向側だけで全ての電気的接続を行うことが可能となり、プラズマ発生電極の配線回しが容易になる。【００５５】
また、本実施の形態のプラズマ発生電極１１においては、例えば、図１３〜図１５に示すように、導電膜１４がセラミック誘電体１３の末端部分までは延設されておらず、セラミック誘電体１３の末端部分から内側の部位において外部に露出するように延設されたものであってもよい。なお、セラミック誘電体１３には、セラミック誘電体１３の末端部分から内側の部位に、延設された導電膜１４に導電端子１５を配設するための開口部１６が形成されている。【００５６】
ここで、図１３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り、図１４は、図１３に示すプラズマ発生電極に用いられる単位電極を模式的に示す断面図である。また、図１５は、図１４に示す単位電極の平面図である。なお、図１３〜図１５において、図７に示すプラズマ発生電極１１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。【００５７】
図１４及び図１５に示すような、導電膜１４がセラミック誘電体１３の末端部分から内側の部位において外部に露出するように延設されている単位電極１２は、例えば、図１３に示すように、二枚の単位電極１２から構成されたプラズマ発生電極１１や、また、図示は省略するが、複数の単位電極が積層されたプラズマ発生電極における最上段と最下段との単位電極に採用することにより、外部の電源等からの電気的接続がより容易になる。【００５８】
なお、このように導電膜１４を、セラミック誘電体１３の末端部分から内側の部位において外部に露出するような構成とする場合には、互いに対向する単位電極１２におけるプラズマが実際に発生する領域Ｂよりも外側まで導電膜１４を延設し、このセラミック誘電体１３に導電端子１５を配設するための開口部１６を形成することが好ましい。【００５９】
図７に示すような本実施の形態のプラズマ発生電極１１に用いられるセラミック誘電体１３は、第一の発明の実施の形態におけるセラミック誘電体３（図１参照）と同様の材料から構成されたものを好適に用いることができる。このセラミック誘電体１３は、例えば、ドクターブレード法でテープ成形したセラミックグリーンシート等を用いて形成することができる。また、押出成形で得られたシートを用いても形成することができる。さらに、粉末乾式プレスで作製した平板を用いることも可能である。【００６０】
導電膜１４についても、第一の発明の実施の形態における導電膜４（図１参照）と同様の材料から構成されたものを好適に用いることができ、第一の発明の実施の形態における導電膜４（図１参照）を形成する方法と略同様の方法によって形成することができる。【００６１】
導電端子１５についても、第一の発明の実施の形態の導電端子５（図１参照）と同様に材料から構成されたものを好適に用いることができ、第一の発明の実施の形態の導電端子５（図１参照）を形成する方法と略同様の方法によって形成することができる。例えば、この導電端子１５としては、導電性を有する板状部材が、溶接接合、ロウ付け接合、又は拡散接合によって導電膜１４に接合されたものであってもよいし、延設された導電膜１４の表面に導電性材料を塗工して形成されたものであってもよい。【００６２】
なお、本実施の形態のプラズマ発生電極１１は、第一の発明の実施の形態の同様に、単位電極１２相互間を所定間隔に隔てた状態で良好に保持するための保持部材６を備えている。【００６３】
次に、本発明（第三の発明）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１６は、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態を、プラズマ発生電極を構成する単位電極の表面に垂直に切断した断面図であり、図１７は、図１６のＡ−Ａ線における断面図である。【００６４】
図１６及び図１７に示すように、本実施の形態のプラズマ反応器２１は、図１に示したような第一の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２３）を内部に有するケース体２２とを備え、このガスがケース体２２のガス流路２３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２１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。これまでに説明したように、本実施の形態のプラズマ反応器２１に用いられるプラズマ発生電極１は、図１に示すように、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の内部に配設されるとともに、その一部がセラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された導電膜４とを有してなり、導電端子５が、セラミック誘電体３の端部側における他の単位電極２と対向する側の表面まで延設された導電膜４と電気的に接続した状態で配設されたものであり、導電端子５の接続面積を大きくすることが可能となり、簡便かつ信頼性の高い電気的な接続が実現される。このため、図１６及び図１７に示すプラズマ反応器２１は、均一なプラズマを安定して発生させることができる。【００６５】
なお、本実施の形態のプラズマ反応器２１は、第一の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）の代わりに、第二の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１１（図７参照））を備えたものであってもよい。このように第二の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１１（図７参照））を備えたものであっても同様の効果を得ることができる。【００６６】
図１６及び図１７に示す、本実施の形態のプラズマ反応器２１を構成するケース体２２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。【００６７】
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。【００６８】
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。【００６９】
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。
【実施例】
【００７０】
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。【００７１】
（実施例１）
純度が９３質量％の酸化アルミニウム粉末を用いて、セラミックグリーンシートを成形するためのスラリーを調製し、得られたスラリーを用いて、その表面の形状が、縦１００ｍｍ、横５０ｍｍの長方形で、厚さが０．５ｍｍのセラミックグリーンシートをテープ成形した。得られたセラミックグリーンシートは二枚を一対として使用し、その一対のうちの一方のセラミック誘電体用セラミックグリーンシートの片側の表面に、タングステンを用いた導体ペーストを、縦７８ｍｍ、横４８ｍｍ、厚さ０．０１ｍｍとなるように印刷して、導電膜を形成した。【００７２】
図３に示すプラズマ発生電極１と同様に、導電膜は片側の端部まで幅１０ｍｍで延設し、単位電極の端部側において、長さ１０ｍｍの電極端子を形成することが可能な形状とした。【００７３】
このようにして得られた一対のセラミック誘電体用セラミックグリーンシートを、導電膜を覆うように重ね合わせて一体化させて未焼成単位電極を作製した。一体化した未焼成単位電極における片側の端部の表面に、タングステンを用いた導体ペーストを、幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ０．０１ｍｍで印刷して、延設した導電膜の一部を形成した。さらに、この延設した導電膜の一部と、セラミック誘電体の内部において延設した導電膜とを電気的に接続するため、未焼成単位電極の端面にも幅１０ｍｍでタングステンを用いた導体ペーストを印刷した。【００７４】
次に、得られた未焼成単位電極を、１４５０℃で焼成して単位電極を製造した。タングステンを用いた導体ペーストに形成された、単位電極の表面及び側面まで延設した導電膜の表面に、無電解ニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）のメッキを厚さ０．００５ｍｍで行った。さらに、この単位電極の端部表面の長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ位置に、銅ロウを用い、０．２ｍｍ厚さのコバール箔をロウ付けし、表面端部に導電端子を有する単位電極を得た。【００７５】
得られた単位電極の導電端子部に幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍのステンレス箔の集電部材を超音波溶接で接続した。ステンレス箔の集電部材を接続した単位電極を、２０枚積層してプラズマ発生電極を製造した。単位電極に接続したステンレス箔の集電部材を負荷側と接地側で束ねて、ＳＩサイリスタを有するパルス電源にそれぞれ接続した。【００７６】
このようにして得られたプラズマ発生電極に対して、所定の電圧を印加してプラズマを発生させる通電負荷試験を行い、６００℃のガス流れの条件で、均一放電が可能であることを確認した。さらに、加熱した状態のプラズマ発生電極に所定の振動を加える加熱振動試験を行った。６００℃、３０Ｇの条件で１００時間の加熱振動試験を行った後、再度、プラズマ発生電極に電圧を印加してプラズマを発生させたところ、全ての単位電極相互間において均一な放電が確認できた。これらの試験結果から、導電端子周辺における加熱振動条件下での信頼性が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明のプラズマ発生電極は、それぞれの単位電極に対して簡便かつ信頼性の高い電気的な接続が実現可能なものである。また、本発明のプラズマ反応器は、このようなプラズマ発生電極を備えていることから、空気清浄器や排気ガス処理装置として好適に用いることができる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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