JP2009006283A - 構造体および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 稼動時の熱に起因する熱応力によって破損したとしても、使用することが可能な構造体を提供することにある。また、構造体の使用方法、ならびに構造体を搭載したプラズマ発生体、オゾン発生器、排ガス処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの一方端が、第1側部5に対して固定され、且つ第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの他方端が、第2側部6に対して固定されているとともに、第1絶縁部3には、溝7或いは空洞8もしくはポーラス状部が設けられている。
【選択図】 図2
【課題を解決するための手段】
第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの一方端が、第1側部5に対して固定され、且つ第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの他方端が、第2側部6に対して固定されているとともに、第1絶縁部3には、溝7或いは空洞8もしくはポーラス状部が設けられている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、流体を効率良く処理できる構造体に関するものである。また、構造体を用いた装置に関するものである。
一般家庭で使用されている湯沸かし器の不完全燃焼時に排出されるCOガスや、焼却炉ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンからの排ガス等の流体中には、CO、カーボン、SOF(Soluble Organic Fraction)、高分子有機化合物、硫酸ミスト等のPM、NOxやSOxの酸化性成分、HC等が含まれている。このようなPMや酸化性成分、HC等の排出を抑制する方法として、プラズマ反応を利用してCOやPM等を浄化するという技術が提案されている。
このようなプラズマ反応により流体を浄化するための流体処理装置は、間に空間を介在して対向する一対の電極と、これら電極をそれぞれ支持する一対の絶縁部と、一対の絶縁部同士を固定する一対の側部とを有している。そして、プラズマ反応による浄化は、対向する一対の電極間に高電圧を印加させてプラズマ場を発生させ、このプラズマ場内に上述した流体を通過させることにより、流体を分解させるものである。
特開2004−92589号公報
特開2005−93107号公報
しかしながら、流体処理装置を稼動した際、電極等から発生した熱が流体処理装置に蓄積されていくことにより流体処理装置が高温になることがある。このような流体処理装置の極端な温度上昇により、流体処理装置の絶縁部や側部に大きな熱応力がかかってしまう。そして、この熱応力が、絶縁部にクラックを発生させることが懸念される。具体的には、電極が外部端子に接続されている側の側部や絶縁部、あるいはこれらの側部や絶縁部で構成される角部近傍にクラックが入りやすいと思われる。その結果、流体処理装置が破損すると、電極間にプラズマ場が良好に発生しなくなり、空間内を通過するPMや酸化性成分、HC等の流体を良好に浄化することができないということが想定される。
本発明は、上記想定に鑑み案出されたもので、その目的は、稼動時の熱に起因する熱応力が印加されてクラックが発生したとしても、機能がダウンしにくい構造体を提供することにある。また、このような構造体をもちいた装置を提供することにある。
本発明の構造体は、第1電極を支持する第1絶縁部と、前記第1電極に対向して配置される第2電極を支持する第2絶縁部と、前記第1絶縁部と前記第2絶縁部との間に形成される空間の一方端及び他方端のそれぞれに配置される第1側部及び第2側部と、を備え、前記第1絶縁部及び前記第2絶縁部のそれぞれの一方端が、前記第1側部に対して固定され、且つ前記第1絶縁部及び前記第2絶縁部のそれぞれの他方端が、前記第2側部に対して固定されているとともに、前記第1絶縁部には、溝或いは空洞もしくはポーラス状部が設けられている。
また、好ましくは、前記第1電極は、前記第1側部がわの外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第1側部から前記第2側部がわに向かって延在されており、前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部は、前記第1絶縁部における前記第2側部がわの領域に設けられている。
また、好ましくは、前記第1電極は、前記第1側部から前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部の形成領域の手前まで延在されている。
また、好ましくは、前記第1絶縁部に面する側の前記第2絶縁部の主面で、且つ前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部に対向する領域に、凸状絶縁部が形成されている。
また、好ましくは、前記第1電極は、前記第1絶縁部の内部に埋設されているとともに、前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部にて前記第1絶縁部が破断した場合であっても、前記第1電極の端部が外部に露出しないものである。
また、好ましくは、前記溝は、前記第1絶縁部の一方主面及び前記第1絶縁部の他方主面の双方に設けられている。
また、好ましくは、前記溝は、その深さが深くなるに連れて幅が狭くなる。
また、好ましくは、前記溝は、前記第1絶縁部の一方の側面から他方の側面まで延在されている。
また、好ましくは、前記第1絶縁部及び前記第2絶縁部、並びに前記第1側部及び前記第2側部が、同一の材料を含んでなる。
本発明の装置は、本発明の構造体と、前記構造体の前記第1電極と第2電極とに接続され、前記第1電極と第2電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加するための電圧印加部と、を備えている。
本発明の装置は、記第1電極と第2電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加することにより、前記第1絶縁部と第2絶縁部との間に形成される空間内にプラズマを発生させるとともに、前記空間に被処理流体を流入させるものである。
本発明の装置は、前記被処理流体が酸素であり、前記空間に酸素を流入させることにより、オゾンを発生させるものである。
本発明の装置は、前記被処理流体が、炉或いは内燃機関からの排ガスであり、前記空間に前記排ガスを流入させる第1の流路と、前記空間から排出される被処理ガスを、前記空間から流出させる第2の流路とをさらに備えている。
本発明の構造体は、一対の電極を対向させて支持する一対の絶縁部と、該一対の絶縁部間を流体が通過可能なように、前記一対の絶縁部をそれぞれ固定する一対の側部とを備え、前記一対の絶縁部の少なくとも一方には、特定の領域が他の領域に比較して優先的にクラックが入るようになしたクラック誘導手段が設けられている。
本発明の構造体は、第1電極を支持する第1絶縁部と、第1電極に対向して配置される第2電極を支持する第2絶縁部と、第1絶縁部と第2絶縁部との間に形成される空間の一方端及び他方端のそれぞれに配置される第1側部及び第2側部と、を備え、第1絶縁部及び第2絶縁部のそれぞれの一方端が、第1側部に対して固定され、且つ第1絶縁部及び第2絶縁部のそれぞれの他方端が、第2側部に対して固定されているとともに、第1絶縁部には、溝或いは空洞もしくはポーラス状部が設けられている。このような第1絶縁部の溝或いは空洞もしくはポーラス状部が形成された領域は、第1絶縁部の他の領域よりも機械的強度が低くなる。したがって構造体に印加された応力が、第1絶縁部の溝或いは空洞もしくはポーラス状部の形成領域に集中して、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。このように第1絶縁部において、クラックが入りやすい領域を予め特定しておくことができることから、望まない領域、例えば第1電極が破断するような領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制できる。
また、必要に応じて、外部からの衝撃や電圧を印加した際の熱衝撃によって第1絶縁部を溝或いは空洞もしくはポーラス状部に沿って破断させ、予め第1絶縁部の一端を自由端とした構造体とすることができる。したがって、第1絶縁部の一端を自由端とした構造体として形成する場合においては、第1絶縁部は両端を固定した状態で製作することができるので、第1絶縁部の製作時における変形を抑制することができ、使用の際まで第1絶縁部を良好な形状とすることができる。
また、好ましくは、第1電極は、第1側部がわの外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第1側部から前記第2側部がわに向かって延在されており、溝或いは空洞もしくはポーラス状部は、第1絶縁部における第2側部がわの領域に設けられている。このことから、第1絶縁部の第2側部がわで優先的にクラックを発生させることができる。これにより第1電極が破断したときであっても、第1絶縁部の第1側部がわで優先的にクラックを発生させた場合と比較して、第1電極と第2電極とが対向する領域をできるだけ広くし、第1電極と第2電極との間のプラズマ場の発生が大きく低減することを抑制することができる。
また、好ましくは、第1電極は、第1側部から溝或いは空洞もしくはポーラス状部の形成領域の手前まで延在されている。このことから、第1絶縁部にクラックが発生したとしても、該クラックにより第1電極が破断される可能性が低減できる。特に、第1電極を第1絶縁部の内部に埋設している場合には、第1電極が外部の雰囲気に直接接触せず、第1電極が外部の雰囲気により腐食する可能性を低減することができる。
また、第1絶縁部の溝或いは空洞もしくはポーラス状部の形成領域上には第1電極が形成されておらず、したがって第1電極が形成された第1絶縁部の他の領域よりも機械的強度が低くなるので、破断したとしても、溝或いは空洞もしくはポーラス状部の形成領域に沿って第1絶縁部を良好に破断させることができる。
また、好ましくは、第1絶縁部に面する側の第2絶縁部の主面で、且つ溝或いは空洞もしくはポーラス状部に対向する領域に、凸状絶縁部が形成されている。このことから、凸状絶縁部が形成された領域は、第2絶縁部の他の領域よりも突出することとなる。そして、第1絶縁部の溝或いは空洞もしくはポーラス状部等が形成された領域において、第1絶縁部が破断した結果、その一端が自由端となった際には、振動等により第1絶縁部の自由端側が、第2絶縁部側に過剰に湾曲しようとしても、第1絶縁部の自由端側を凸状絶縁部に接触させることにより過剰な湾曲を抑制することができる。
また、好ましくは、第1電極は、第1絶縁部の内部に埋設されているとともに、溝或いは空洞もしくはポーラス状部にて第1絶縁部が破断した場合であっても、第1電極の端部が外部に露出しないものである。したがって、第1電極が外部の雰囲気に直接接触せず、第1電極が外部の雰囲気により腐食する可能性を低減することができる。 また、好ましくは、溝は、第1絶縁部の一方主面及び第1絶縁部の他方主面の双方に設けられている。このことから、第1絶縁部は、その一方主面から他方主面に向かってクラックが入りやすくなるので、熱応力により第1絶縁部にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。
また、好ましくは、溝は、その深さが深くなるに連れて幅が狭くなる。このことから、第1絶縁部は溝の一底部を起点としてクラックが発生しやすくなるので、熱応力により第1絶縁部にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。
また、好ましくは、溝は、第1絶縁部の一方の側面から他方の側面まで延在されている。このことから、第1絶縁部は、一方の側面から他方の側面まで延在された溝に沿ってクラックが進行しやすくなる。これにより望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。
また、好ましくは、第1絶縁部及び第2絶縁部、並びに第1側部及び第2側部が、同一の材料を含んでなる。このことから、構造体に印加される熱応力を小さなものとできる。
本発明の装置は、本発明の構造体と、構造体の前記第1電極と第2電極とに接続され、第1電極と第2電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加するための電圧印加部と、を備えている。これにより、構造体の第1電極と第2電極との間にプラズマ場を発生することができる。
本発明の装置は、第1電極と第2電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加することにより、第1絶縁部と第2絶縁部との間に形成される空間内にプラズマを発生させるとともに、空間に被処理流体を流入させるものである。これにより、第1絶縁部と第2絶縁部との間に形成される空間を流れる非処理流体に対して、プラズマ反応させることができるプラズマ発生体となる。
本発明の装置は、被処理流体が酸素であり、空間に酸素を流入させることにより、オゾンを発生させるものである。これにより、プラズマ反応により酸素をオゾンに変化させることができるオゾン発生器となる。
本発明の装置は、被処理流体が、炉或いは内燃機関からの排ガスであり、空間に排ガスを流入させる第1の流路と、空間から排出される被処理ガスを、空間から流出させる第2の流路とをさらに備えている。これにより、第1の流路を介して排ガスをプラズマ発生体の空間に良好に流入させることができる。したがってプラズマ発生体において排ガスをプラズマ反応により良好に浄化した被処理ガスとすることができる。そして、被処理ガスを第2の流路を介して放出させることができる。
本発明の構造体は、一対の電極を対向させて支持する一対の絶縁部と、一対の絶縁部間を流体が通過可能なように、一対の絶縁部をそれぞれ固定する一対の側部とを備え、一対の絶縁部の少なくとも一方には、特定の領域が他の領域に比較して優先的にクラックが入るようになしたクラック誘導手段が設けられている。したがって、特定領域に優先的にクラックが入りやすくなすことができ、望まない領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制できる。
本発明の構造体について図を用いて説明する。図1(a)は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA方向から見た側面図である。図2(a)は、図1(a)のB−B’線における断面図、図2(b)は、図1(b)のC−C’線における断面図、図2(c)は、図1(b)のD−D’線における断面図である。図3は、図1における構造体の斜視図の一例である。これらの図において、1は第1電極、2は第2電極、3は第1絶縁部、4は第2絶縁部、5は第1側部、6は第2側部、7は溝、9は外部端子、sは空間である。
本発明の構造体は、一対の電極を対向させて支持する一対の絶縁部と、該一対の絶縁部間を流体が通過可能なように、前記一対の絶縁部をそれぞれ固定する一対の側部とを備えている。そして、前記一対の絶縁部の少なくとも一方には、特定の領域が他の領域に比較して優先的にクラックが入るようになしたクラック誘導手段が設けられている。
さらに具体的には、本発明の構造体は、第1電極1を支持する第1絶縁部3と、第1電極1に対向して配置される第2電極2を支持する第2絶縁部4と、第1絶縁部3と第2絶縁部4との間に形成される空間sの一方端及び他方端のそれぞれに配置される第1側部5及び第2側部6とを備えている。また、第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの一方端が、第1側部5に対して固定され、且つ第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの他方端が、第2側部6に対して固定されているとともに、少なくとも第1絶縁部3には、溝7が設けられている。
第1絶縁部3、第2絶縁部4、第1側部5、第2側部6は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、コーディエライト等の電気絶縁材料から成る。第1絶縁部3、第2絶縁部4、第1側部5、第2側部6が、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、まず、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、カルシア(CaO)、マグネシア(MgO)等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状物を作製する。次に、この泥漿状物が、従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等により、シート状に成形されて、構造体用のセラミックグリーンシート、即ち第1絶縁部3、第2絶縁部4、第1側部5、第2側部6用のセラミックグリーンシートがそれぞれ得られる。次に、これらのセラミックグリーンシートに必要に応じて適当な打ち抜き加工が施される。その後、これらのセラミックグリーンシートを複数枚積層する。最後に、高温(約1500〜1800℃)で焼成することによって製作される。この場合、これらのセラミックグリーンシートはともに一体焼成されることから、第1絶縁部3、第2絶縁部4、第1側部5、第2側部6は互いに焼結して第1絶縁部3および第2絶縁部4は、第1側部5および第2側部6に固定されることとなる。そして、上述の第1絶縁部3、第2絶縁部4、第1側部5、第2側部6により、被処理流体が通過する空間sが形成される。
第1電極1および第2電極2は、空間s内にプラズマ場を発生させるための一対の電極である。第1電極1および第2電極2は、構造体の表面または内部、具体的には、第1絶縁部3や第2絶縁部4の表面または内部に形成されている。そして、第1電極1および第2電極2は、互いに一定の距離だけ離間して対向して配設されている。なお、第1電極1および第2電極2は、構造体の外表面、例えば第1側部5および第2側部6の外表面に形成された後述する外部端子9に電気的に接続される。
そして、第1電極1および第2電極2は、以下のように作製される。まず、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末を含む従来周知のメタライズペーストを準備する。そして、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、第1絶縁部3或いは第2絶縁部4用のセラミックグリーンシートの所定の位置に、第1電極1および第2電極2用のメタライズペーストを塗布する。その後、これらのセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、第1電極1および第2電極2を構造体の所定のパターンに形成することができる。
この第1電極1および第2電極2は、図2に示すように、第1絶縁部3および第2絶縁部4の内部に形成しているとよい。これにより、第1電極1および第2電極2が空間s内を通過するオゾンや排ガス等の流体に直接接触しにくくなる。したがって、第1電極1および第2電極2がこの流体により腐食しにくくなる。したがってプラズマ場の強度の低下を抑制することができるため好ましい。そして、第1絶縁部3、第2絶縁部4が、例えばコージェライトからなる場合は、それぞれの絶縁部の表面から第1電極1或いは第2電極2までの最短距離が100μm以上となる位置に形成しておくことが好ましい。
なお、このように第1電極1や第2電極2を第1絶縁部3や第2絶縁部4の内部に形成するには、例えば、まず第1絶縁部3用の少なくとも2枚のセラミックグリーンシートを準備する。そして1枚のセラミックグリーンシートの表面に前記メタライズペーストを所定パターンに塗布する。その後、塗布されたメタライズペーストが、層間にはさまれるように、残りのセラミックグリーンシートを積層すればよい。
また、第1電極1や第2電極2が第1絶縁部3および第2絶縁部4の表面に形成される場合には、これら電極の露出する表面には、ニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。特に第1電極1および第2電極2が、排ガス等の流体に直接曝される場合は特に好ましい。
また、第1絶縁部3や第2絶縁部4の表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。例えば、ニッケル層を形成せずに金めっき層の単層だけを被着している場合には、熱によりニッケルが金めっき層内部の粒界に沿って、金めっき層の表面まで拡散してしまうことがない。したがって領域ごとのニッケルの拡散のバラツキが生じにくいため、各領域における導電特性にばらつきが生じにくくできる。このため、構造体を高温下の環境にて使用する場合は、第1電極1および第2電極2の露出する表面に金めっき層のみを0.1〜10μm程度被着させておくとよい。
また、外部端子9が、構造体の外表面、例えば、第1側部5および第2側部6の外表面に形成されている。外部端子9は、外部電源から第1電極1および第2電極2に電圧を印加するための導電路として機能する。外部端子9は、第1電極1および第2電極2のそれぞれに電気的に接続されている。外部端子9は、上述の第1電極1および第2電極2と同様の手法により作製できる。また、外部端子9の露出する表面には、第1電極1および第2電極2の場合と同様に、ニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。
そして、外部電源の電源端子が、圧接や接合等の手段により外部端子9に電気的に接続される。この外部端子9を通して第1電極1と第2電極2とに電圧を印加することにより第1電極1と第2電極2との対向領域(平面視で第1電極1と第2電極2とが重畳する領域)に、プラズマ場を発生させることができる。そして、構造体の空間s内を通過する流体は、第1電極1と第2電極2との間の対向領域内のプラズマ場を通過することにより分解されて浄化される。例えば、NOX(窒素酸化物)は、下記の反応(1)および(2)により分解して、N2およびO2が生成されて浄化される。
2NO2 → 2NO+O2 ・・・・・・・・・・(1)
2NO+O2 → N2+2O2・・・・・・・・・(2)
なお、第1電極1と第2電極2との間にプラズマ場を発生させるために、直流電圧(パルス電圧を含む)あるいは交流電圧が印加される。例えば、周波数の高い交流電圧が印加される場合、印加される交流電圧は、必要とされるプラズマ場の強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排ガス中のPM等の酸化成分等の流体を反応させて分解する構造体において、印加される交流電圧およびその周波数は、例えば、1kV〜100kV、10MHz〜100MHzが好ましい。また直流パルス電圧を印加する場合は、電圧が2kV〜50kV、周波数が10MHz〜1000MHzであることが好ましい。
2NO+O2 → N2+2O2・・・・・・・・・(2)
なお、第1電極1と第2電極2との間にプラズマ場を発生させるために、直流電圧(パルス電圧を含む)あるいは交流電圧が印加される。例えば、周波数の高い交流電圧が印加される場合、印加される交流電圧は、必要とされるプラズマ場の強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排ガス中のPM等の酸化成分等の流体を反応させて分解する構造体において、印加される交流電圧およびその周波数は、例えば、1kV〜100kV、10MHz〜100MHzが好ましい。また直流パルス電圧を印加する場合は、電圧が2kV〜50kV、周波数が10MHz〜1000MHzであることが好ましい。
そして、本発明においては、第1絶縁部3には、溝7が設けられている。このことから、第1絶縁部3の溝7が形成された領域は、第1絶縁部3の他の領域よりも機械的強度が低くなる。したがって、構造体に印加された応力が、第1絶縁部3の溝7の形成領域に集中して、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。このように第1絶縁部3において、クラックが入りやすい領域を予め特定しておくことができることから、望まない領域、例えば、第1電極1が破断するような領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制することができる。
また、必要に応じて、外部からの衝撃や電圧を印加した際の熱衝撃によって第1絶縁部3を溝7に沿って破断させ、予め第1絶縁部3の一端を自由端とした構造体とすることができる。したがって、第1絶縁部3の一端を自由端とした構造体として形成する場合においては、第1絶縁部3は両端を固定した状態で製作することができる。これにより第1絶縁部3の製作時における変形を抑制することができ、使用の際まで第1絶縁部3を良好な形状とすることができる。
溝7は、第1側部5および第2側部6に接する領域以外の領域、すなわち、空間sに接する予定領域10において第1絶縁部3に設けられる。このような溝7は、例えば、以下のようにして作製される。まず第1絶縁部3となる構造体用のグリーンシートのいくつかに打抜き金型等の手段により溝7用の穴を打抜いておく。次に溝7用の穴を打抜いたセラミックグリーンシートを、溝7用の穴を打抜いていない他のセラミックグリーンシートに積層すればよい。
また、第1電極1は、第1側部5がわの外部端子9に電気的に接続されているとともに、第1側部5から第2側部6に向かって延在しているとともに、溝7は、第1絶縁部3における第2側部6がわの領域に設けられていることが好ましい。なお、第2側部6がわとは、第1絶縁部3の予定領域10の中間よりも第2側部6寄りの領域であることをいう。このことから、第1絶縁部3は、第2側部6がわにおいて機械的強度を低くしているので、第1絶縁部3の第2側部6がわで優先的にクラックを発生させることができる。これにより、第1電極1が破断したとしたときであっても、第1絶縁部3の第1側部5がわで優先的にクラックを発生させた場合と比較して、第1電極1と第2電極2とが対向する領域をできるだけ広くできる。したがって、第1電極1と第2電極2との間のプラズマ場の発生が大きく低減することを抑制することができる。なお、第2側部6から第1側部までの第1絶縁部3の予定領域10の長さを100としたとき、第2側部6から溝7までの第1絶縁部3の長さが10以内となる位置に設けられることが好ましく、できるだけ第2側部6に近い領域、すなわち、平面視で第2側部6の内壁面と接する領域に設けることがより好ましい。
また、図4〜図6に示すように、溝7は、その深さが深くなるに連れて幅が狭くなるようにすることが好ましい。なお、図4(a)は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、図4(b)は、図4(a)のE方向から見た側面図である。図5(a)は、図4(a)のF−F’線における断面図、図5(b)は、図4(b)のG−G’線における断面図、図5(c)は、図4(b)のH−H’線における断面図である。図6は、図4における構造体の斜視図の一例である。このことから、第1絶縁部3は溝7の一底部を起点としてクラックが発生しやすくなるので、熱応力により第1絶縁部3にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。
なお、図4〜図6に示すようなV字状の溝7は、カッター刃や金型を第1絶縁部3となる構造体用のセラミックグリーンシートに押し付けて切込みを入れておくことによって第1絶縁部3の主面に形成される。
また、図7に示すように、溝7は、第1絶縁部3の一方主面及び第1絶縁部3の他方主面の双方に設けられていても構わない。なお、第1絶縁部3の一方主面及び第1絶縁部3の他方主面の双方に設けられる場合、これらの溝7は、平面視で重畳する領域に設けられる。このことから、第1絶縁部3は、第1絶縁部3の一方主面から第1絶縁部3の他方主面に向かってクラックが発生しやすくなる。したがって、熱応力により第1絶縁部3にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。
また、溝7は、第1絶縁部7の一方の側面から他方の側面まで延在されていることが好ましい。このことから、第1絶縁部3は、溝の一方の側面から他方の側面の方向に沿ってクラックが進行しやすくなる。したがって、熱応力により第1絶縁部3にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。
また、図8に示すように、空間sが上下方向に複数並列に形成されていても構わない。なお、図8は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。このように、空間sを上下方向に複数形成する場合、第1電極1と第2電極2とは、交互に対向して上下方向に配設される。これにより、それぞれの空間s内でプラズマ場を発生させることができる。したがって、それぞれの空間s内を通過する流体に対して、プラズマ反応を発生させることができる。
また、図9に示すように、第1絶縁部3に面する側の第2絶縁部4の主面で、且つ溝7に対向する領域に、凸状絶縁部11が形成されていても構わない。なお、図9は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。このことから、第2絶縁部4の凸状絶縁部11が形成された領域は、第2絶縁部4の他の領域よりも突出することとなる。そして、第1絶縁部3の溝7が形成された領域において、第1絶縁部3が破断した結果、その一端が自由端となった際には、振動等により第1絶縁部3の自由端側が、第2絶縁部3側に過剰に湾曲しようとしても、第1絶縁部3の自由端側を凸状絶縁部11に接触させることにより過剰な湾曲を抑制することができる。
このような凸状絶縁部11は、次のようにして製作される。まず、第2絶縁部4と実質的に同様のセラミック粉末を含む従来周知のセラミックペーストを準備する。そして、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、第2絶縁部4となる構造体用のセラミックグリーンシートの所定の位置に、凸状絶縁部11用のセラミックペーストを塗布する。その後、これらのセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、凸状絶縁部11を構造体の所定のパターンに形成することができる。
また、図10に示すように、第1電極1は、第1絶縁部3の内部に埋設されているとともに、溝7にて第1絶縁部3が破断したとした場合であっても、第1電極1の端部が外部に露出しないものである。なお、図10(a)は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図であり、図10(b)は、図10(a)における構造体の第1絶縁部3が溝7において分離された状態を示す断面図である。このことから、第1電極1が外部の雰囲気に直接接触しにくくなり、第1電極1が外部の雰囲気により腐食する可能性を低減することができる。なお、このような第1電極1は、構造体を平面視した際、第1電極1と溝7が形成された領域とが重畳しないようにしておくことにより形成される。
次に、本発明の他の実施の形態の一例について説明する。他の実施の形態は、図11〜図13に示すように、溝7の代わりに空洞8が第1絶縁部3に形成されたものである。なお、図11(a)は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、図11(b)は、図11(a)のI方向から見た側面図である。図12(a)は、図11(a)のJ−J’線における断面図、図12(b)は、図11(b)のK−K’線における断面図、図12(c)は、図11(b)のL−L’線における断面図である。図13は、図11における構造体の斜視図の一例である。
すなわち、本発明の他の実施形態にかかる構造体は、第1電極1を支持する第1絶縁部3と、第1電極1に対向して配置される第2電極2を支持する第2絶縁部4とを備えている。さらには、第1絶縁部3と第2絶縁部4との間に形成される空間sの一方端及び他方端のそれぞれに配置される第1側部5及び第2側部6とを備えている。そして、第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの一方端が、第1側部5に対して固定されている。また第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの他方端が、第2側部6に対して固定されている。さらに第1絶縁部3には、空洞8が設けられている。
なお、空洞8が設けられた構造体は、上述の溝7が設けられた構造体と同様のものが用いられることから、重複する説明については省略する。また、空洞8は、溝7と同様に予定領域10内において少なくとも第1絶縁部3に設けられる。
このことから、第1絶縁部3の空洞8が形成された領域は、第1絶縁部3の他の領域よりも機械的強度が低くなる。したがって、構造体に印加された応力が、第1絶縁部3の空洞8の形成領域に集中して、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。このように第1絶縁部3において、クラックが入りやすい領域を予め特定しておくことができることから、望まない領域、例えば、第1電極1が破断するような領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制することができる。なお、空洞8を有する構造体は、第1絶縁部3に対して溝7を形成した場合に採用した構造と同様の構造をそれぞれ用いることができる。
このような空洞8を有する第1絶縁部3は、例えば、以下のようにして作製される。即ち、第1絶縁部3用のセラミックグリーンシートのうち、少なくとも1枚に、打抜き金型等の手段により空洞となるための貫通溝を開けておく。そして、貫通溝を開けていない他の第1絶縁部3用のセラミックグリーンシートを、貫通溝を形成したセラミックグリーンシートの両面に積層することにより形成することができる。
また、図14、図15に示すように、空洞8は、その厚み方向に第1絶縁部3を貫通する貫通孔として形成し、これらの空洞8を複数配列するようにしても構わない。なお、図14(a)は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、図14(b)は、図14(a)のM方向から見た側面図である。図15(a)は、図14(a)のN−N’線における断面図、図15(b)は、図14(b)O−O’線における断面図、図15(c)は、図14(b)のP−P’線における断面図である。この場合においても、空洞8が形成された領域の周囲において第1絶縁部3の機械的強度が弱くなり、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。
次に、本発明の他の実施の形態の一例について説明する。溝7或いは空洞8の代わりにポーラス状部が第1絶縁部3に形成されたものである。
すなわち、本発明の他の実施形態にかかる構造体は、第1電極1を支持する第1絶縁部3と、第1電極1に対向して配置される第2電極2を支持する第2絶縁部4とを備えている。また第1絶縁部3と第2絶縁部4との間に形成される空間sの一方端及び他方端のそれぞれに配置される第1側部5及び第2側部6とを備えている。そして第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの一方端が、第1側部5に対して固定されている。また第1絶縁部3及び第2絶縁部4のそれぞれの他方端が、第2側部6に対して固定されているとともに、第1絶縁部3には、ポーラス状部が設けられている。
なお、ポーラス状部が設けられた構造体は、第1絶縁部3に対して溝7を形成した場合に採用した構造と同様の構造が採用可能であることから、重複する部分については説明を省略する。
そして、ポーラス状部は、溝7或いは空洞8と同様に予定領域10内において第1絶縁部3に設けられる。このことから、第1絶縁部3のポーラス状部が形成された領域は、第1絶縁部3の他の領域よりも機械的強度が低くなる。したがって、構造体に印加された応力が、第1絶縁部3のポーラス状部の形成領域に集中して、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。このように第1絶縁部3において、クラックが入りやすい領域を予め特定しておくことができることから、望まない領域、例えば、第1電極1が破断するような領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制することができる。なお、ポーラス状部は、第1絶縁部3に対して溝7或いは空洞8と同様の実施形態をそれぞれ用いることができる。
このようなポーラス状部が形成された領域は、第1絶縁部3の他の領域よりも空孔率が大きくなるように形成されている。ポーラス状部が形成された領域は、第1絶縁部3用の他の領域のセラミックグリーンシートよりも有機溶剤等や有機バインダー等の含有率を高くしたセラミックグリーンシートや絶縁ペーストを、ポーラス状部が形成される領域に採用することで作製される。例えば、構造体の他の領域よりも焼結助剤(酸化アルミニウム質焼結体から成る場合のSiO2、CaO、MgO等)の含有率を低くなしたり、セラミック粉末(酸化アルミニウム質焼結体から成る場合のAl2O3粉末)の粒径を大きくなしたセラミックグリーンシートや絶縁ペーストを用いてもよい。また、第1絶縁部3となる構造体用のセラミックグリーンシートに凹部を形成しておき、この凹部に構造体の他の領域よりも有機溶剤等や有機バインダー等の含有率を高くした絶縁ペーストを充填しておき、焼成することによっても形成することができる。
また、溝7或いは空洞8もしくはポーラス状部のいずれか2つ以上を第1絶縁部3に設けても構わない。この場合、溝7、空洞8、ポーラス状部等のクラック誘導手段を介してクラックが進行しやすくなるので、熱応力により第1絶縁部3にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。なお、溝7或いは空洞8もしくはポーラス状部のいずれか2つ以上を第1絶縁部3に設ける場合は、これらのクラック誘導手段が平面視で重畳するように設けることが好ましい。
また、溝7或いは空洞8もしくはポーラス状部は、第1絶縁部3と同様に第2絶縁部4に設けても構わない。なお、第2絶縁部4に溝7或いは空洞8もしくはポーラス状部を設ける場合には、上述の第1絶縁部3に溝7或いは空洞8もしくはポーラス状部を設ける方法と同様な方法を用いることにより設けることができる。これにより、第2絶縁部4においても、溝7或いは空洞8もしくはポーラス状部等のクラック誘導手段により第1絶縁部3に設けた場合と同様の効果を得ることができる。また、第1絶縁部3と第2絶縁部4とに溝7を設ける場合、例えば、図16に示すように、第1絶縁部3に設けられる溝7と第2絶縁部4に設けられる溝7とが同一方向における主面(図16では上方向における第1絶縁部3の主面および上方向における第2絶縁部4の主面)に形成しても構わない。
また上述の構造体において、構造体を形成する第1絶縁部5及び第2絶縁部6、並びに第1側部5及び第2側部6が、同一の材料を含んでなることが好ましい。このことから、これら各部材間の熱特性を近いものとできる。すなわち、これら部材間の熱膨張率の差が小さい、或いは熱膨張率が等しくなるので、これら各部材間に熱応力が発生することを抑制し、構造体が破損する可能性を低減することができる。
そして、上述した溝7、空洞8、ポーラス状部のうち、予め第1絶縁部3の一端を自由端とする場合には、必要に応じて容易に破断させやすいことから、溝7を形成することが好ましい。また、溝7は、クラック誘導手段として簡便に形成しやすい。
そして、第1絶縁部3の厚みが厚い場合は、第1絶縁部3の内部において必要な方向にクラックを誘導させやすくすることから、空洞8を形成することが好ましい。
そして、第1絶縁部3の厚みが薄い場合は、第1絶縁部3に溝7或いは空洞8を形成するよりもポーラス状部を形成することが容易であるため、このような場合は、ポーラス状部を作製することが好ましい。
本発明の装置は、第1電極1と第2電極2との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加することにより、第1絶縁部3と第2絶縁部4との間に形成される空間s内にプラズマを発生させるとともに、空間sに被処理流体を流入させるものである。これにより、第1電極1と第2電極2との間にプラズマ場が発生するので、第1絶縁部3と第2絶縁部4との間に形成される空間を流れる非処理流体に対して、プラズマ反応させることができる装置となる。
あるいは本発明の装置は、被処理流体が酸素であり、空間s内に酸素を流入させることにより、オゾンを発生させるものであってもよい。これにより、プラズマ反応により酸素をオゾンに変化させることができるオゾン発生器となる。
あるいは本発明の装置は、図17に示すように、被処理流体が、炉或いは内燃機関からの排ガスであり、空間sに排ガスを流入させる第1の流路と、空間sから排出される排ガスを、空間sから流出させる第2の流路とを備えている。これにより、第1の流路を介して排ガスをプラズマ発生体の空間に良好に流入させることができるので、プラズマ発生体において排ガスをプラズマ反応により良好に浄化した被処理ガスとすることができる。そして、被処理ガスを第2の流路を介して放出させることができる。
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるエンジン等の排ガスの浄化等について説明を行っているが、その他の用途に使用される構造体に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシンの分解、花粉の分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載される構造体および構造体を備えた装置、流体処理装置等に適用することができる。
1・・・第1電極
2・・・第2電極
3・・・第1絶縁部
4・・・第2絶縁部
5・・・第1側部
6・・・第2側部
7・・・溝
8・・・空洞
9・・・外部端子
10・・・予定領域
11・・・凸部絶縁部
12・・・第1の流路
13・・・第2の流路
s・・・空間
2・・・第2電極
3・・・第1絶縁部
4・・・第2絶縁部
5・・・第1側部
6・・・第2側部
7・・・溝
8・・・空洞
9・・・外部端子
10・・・予定領域
11・・・凸部絶縁部
12・・・第1の流路
13・・・第2の流路
s・・・空間
Claims (14)
- 第1電極を支持する第1絶縁部と、
前記第1電極に対向して配置される第2電極を支持する第2絶縁部と、
前記第1絶縁部と前記第2絶縁部との間に形成される空間の一方端及び他方端のそれぞれに配置される第1側部及び第2側部と、を備え、
前記第1絶縁部及び前記第2絶縁部のそれぞれの一方端が、前記第1側部に対して固定され、且つ
前記第1絶縁部及び前記第2絶縁部のそれぞれの他方端が、前記第2側部に対して固定されているとともに、
前記第1絶縁部には、溝或いは空洞もしくはポーラス状部が設けられている構造体。 - 前記第1電極は、前記第1側部がわの外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第1側部から前記第2側部がわに向かって延在されており、
前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部は、前記第1絶縁部における前記第2側部がわの領域に設けられている請求項1に記載の構造体。 - 前記第1電極は、前記第1側部から前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部の形成領域の手前まで延在されている請求項1または請求項2に記載の構造体。
- 前記第1絶縁部に面する側の前記第2絶縁部の主面で、且つ前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部に対向する領域に、凸状絶縁部が形成されている請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の構造体。
- 前記第1電極は、前記第1絶縁部の内部に埋設されているとともに、
前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部にて前記第1絶縁部が破断した場合であっても、前記第1電極の端部が外部に露出しない請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の構造体。 - 前記溝は、前記第1
絶縁部の一方主面及び前記第1絶縁部の他方主面の双方に設けられている請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の構造体。 - 前記溝は、その深さが深くなるに連れて幅が狭くなる請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の構造体。
- 前記溝は、前記第1絶縁部の一方の側面から他方の側面まで延在されている請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の構造体。
- 前記第1絶縁部及び前記第2絶縁部、並びに前記第1側部及び前記第2側部が、同一の材料を含んでなる請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の構造体。
- 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の構造体と、
前記構造体の前記第1電極と第2電極とに接続され、前記第1電極と第2電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加するための電圧印加部と、を備えた装置。 - 前記第1電極と第2電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加することにより、
前記第1絶縁部と第2絶縁部との間に形成される空間内にプラズマを発生させるとともに、
前記空間に被処理流体を流入させる請求項10に記載の装置。 - 前記被処理流体が酸素であり、前記空間に酸素を流入させることにより、オゾンを発生させる請求項10に記載の装置。
- 前記被処理流体が、炉或いは内燃機関からの排ガスであり、前記空間に前記排ガスを流入させる第1の流路と、
前記空間から排出される被処理ガスを、前記空間から流出させる第2の流路とをさらに備えた請求項10に記載の装置。 - 一対の電極を対向させて支持する一対の絶縁部と、
該一対の絶縁部間を流体が通過可能なように、前記一対の絶縁部をそれぞれ固定する一対の側部とを備え、
前記一対の絶縁部の少なくとも一方には、特定の領域が他の領域に比較して優先的にクラックが入るようになしたクラック誘導手段が設けられている構造体。
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JP2007171017A JP2009006283A (ja) | 2007-06-28 | 2007-06-28 | 構造体および装置 |
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JP2007171017A Pending JP2009006283A (ja) | 2007-06-28 | 2007-06-28 | 構造体および装置 |
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Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
JP2010254524A (ja) * | 2009-04-24 | 2010-11-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | オゾン発生装置 |
JP2012176869A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-09-13 | Murata Mfg Co Ltd | オゾン発生装置 |
CN103813607A (zh) * | 2013-04-16 | 2014-05-21 | 杜志刚 | 等离子二氧化碳高压气体发热装置 |
JP2017050135A (ja) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | 株式会社東芝 | 気流発生装置に発生した損傷の補修方法 |
-
2007
- 2007-06-28 JP JP2007171017A patent/JP2009006283A/ja active Pending
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