JP4869041B2 - プラズマ発生体および反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンなどの排気ガスに含まれるカーボンを主とする粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ：以下ＰＭという）や窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、の酸化性成分及び、炭化水素（ＨＣ）等の流体を効率良く浄化できるプラズマ発生体および反応装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの排気ガス中には、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の酸化性成分等の流体が含まれている。近年、環境や人体への影響から排ガス中に含まれるＰＭや酸化性成分等の排出を抑制しようとする動きが高まってきている。このようなＰＭや酸化性成分を抑制する方法として、プラズマ反応を利用してＰＭや酸化性物質を浄化するという技術が提案されている。

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ＰＭや酸化性成分、ＨＣ等の流体を通過させることにより、ＰＭや酸化性成分等の流体を反応、分解させるものである。このようなプラズマ反応により流体を浄化させるためのプラズマ発生体は、一対の電極と、一対の電極を覆う第１及び第２絶縁部と、一対の電極を対向させて保持するための側壁部と、第１、第２絶縁部または側壁部の外表面に形成される外部端子とを備えている。一対の電極は、側壁部の外表面まで導出され、外部端子に接合されることにより電気的に接続されている。そして、この外部端子に外部の電源端子を圧接させた状態で、外部端子を介して電極に電圧を印加させて一対の電極間にプラズマ場を発生させることにより、一対の電極間を通過するＰＭや酸化性成分の流体を反応、分解させて浄化させることができる。
特開２００４−９２５８９号公報 特開２００５−９３１０７号公報

しかしながら、プラズマ発生体を自動車等のディーゼルエンジンの排ガスの浄化に使用する場合、プラズマ発生体は高温で且つ、激しく振動する環境下において使用される。このような使用環境においては、外部端子と電源端子との間に発生する熱や振動により、長期間の使用の場合、外部端子が側壁部から剥離してしま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、高温高振動下において使用されるプラズマ発生体の流路内を通過するＰＭや酸化性成分、ＨＣ等の流体を良好に反応、分解して浄化することができるプラズマ発生体および反応装置を提供することにある。また、高温や高振動の環境下において、基体の内部または表面に形成された導体と基体の外表面に形成された接続端子との接続強度を高いものとすることができる構造体を提供することにある。

本発明の一態様にかかるプラズマ発生体は、平板状の第１電極と、該第１電極上に対向して配置される平板状の第２電極と、前記第１電極の前記第２電極との対向面の外周部に設けられ、前記第１電極と前記第２電極とが離間するように、これらを保持する側壁部と、該側壁部の外表面に形成され、前記第１電極に接続される外部端子と、前記側壁部に埋入されるとともに前記側壁部の外表面側で前記外部端子に接合され、前記対向面に平行な断面において、前記外部端子との接合部分の幅よりも前記外部端子との接合面に平行な方向の幅が広い幅広領域を有する補助導体とを備え、前記側壁部、ならびに前記第１電極及び前記第２電極により囲まれた流路領域内を流体が流れることを特徴とするものである。

また、好ましくは、前記補助導体は、上下方向に延在した柱状部を備え、該柱状部は、その平面視形状が円弧状をなすことを特徴とするものである。

また、好ましくは、前記補助導体は、側面視で前記外部端子の外周部に接合され、該外部端子の外周部よりも外側に、外部に露出した領域を有することを特徴とするものである。

また、好ましくは、前記補助導体は、前記外部端子に含まれる材料と同一の材料を含有することを特徴とするものである。

また、好ましくは、前記補助導体は、前記側壁部に含まれる材料と同一の材料を含有することを特徴とするものである。

また、好ましくは、前記流路領域が上下方向に複数形成されており、それぞれの流路領域を挟むように前記第１電極と前記第２電極とが対向して配置されていることを特徴とするものである。

また、好ましくは、前記第１電極は、複数形成され、前記補助導体は、前記複数の第１電極同士を電気的に接続することを特徴とするものである。

本発明の他の態様にかかるプラズマ発生体は、平板状の第１電極と、該第１電極上に対向して配置される平板状の第２電極と、前記第１電極を覆う絶縁部と、該絶縁部の外表面に形成され、前記第１電極に接続される外部端子と、前記絶縁部に埋入されるとともに前記絶縁部の外表面側で前記外部端子に接合され、前記対向面に平行な断面において、前記外部端子との接合部分の幅よりも前記外部端子との接合面に平行な方向の幅が広い幅広領域を有する補助導体とを備え、前記第１電極と前記第２電極とにより囲まれた流路領域内を流体が流れることを特徴とするものである。

本発明の反応装置は、本発明のプラズマ発生体と、前記流路領域に被処理流体を供給する供給部と、前記流路領域でプラズマ発生を行なって前記流体を化学変化させた反応物を排出するための排出部と、を具備することを特徴とするものである。

本発明のプラズマ発生体は、高温且つ激しい振動下において電源端子と外部端子との間に熱や振動による応力が発生したとしても、その応力は、外部端子に接合された補助導体に分散されるので、外部端子と側壁部との間に発生する応力が低減され、外部端子が側壁部から剥離する可能性を低減することができる。

また補助導体は、第１電極の第２電極との対向面に平行な断面において、外部端子との接合部分の幅よりも外部端子との接合面に平行な方向の幅が広い幅広領域を有することか
ら、外部端子に接合された補助導体が側壁部に包み込まれる領域を有することとなり、外部端子が側壁部から剥離する可能性を低減することができる。

これにより、第１電極と第２電極との間に所定の電圧を印加して、第１電極と第２電極との間にプラズマ場を良好に発生させることができ、流路内を流れるＰＭや酸化性成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化することが長期に亘って可能となる。

なお、第１電極を覆う絶縁部と、絶縁部の外表面に形成され、第１電極に接続される外部端子と、絶縁部に埋入され、絶縁部の外表面側で外部端子に接合されるとともに、外部端子との接合面に平行な断面における特定方向の幅が、接合面から内部に向かうに連れて、広くなる幅広領域を有する補助導体とを備えるプラズマ発生体であっても、上述と同様の効果を奏する。

また、好ましくは、補助導体は、厚み方向に延在した柱状部を備え、柱状部は、その平面視形状が円弧状をなすことから、プラズマ発生体が上下方向に振動した際に発生する補助導体と側壁部との間の応力は放射状に分散されるので、外部端子と補助導体と側壁部との間に発生する単位面積当りの応力をより小さくすることができる。

また、好ましくは、補助導体は、側面視で外部端子の外周部に接合され、この外周部よりも外側に、外部に露出した領域を有する。高温且つ激しい振動下においては、外部端子の外周部に外部端子の中央部よりも大きな応力が印加されることがあるが、このような場合であっても、この外周部には補助導体が接合され、外部端子の外周部の応力を良好に吸収でき、外部端子が側壁部から剥離する可能性を低減することができる。また、外部端子の外周部よりも外側に、外部に露出した領域を有するようになすことで、外部端子を、その外周部において補助導体に接合することがより確実にできる。これにより、第１電極と第２電極とに所定の電圧を印加することで、第１電極と第２電極との間にプラズマ場を良好に発生させることができ、流路内を流れるＰＭや酸化性成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化させることができる。

また、好ましくは、補助導体は、外部端子に含まれる材料と同一の材料を含有することから、外部端子と補助導体との間の熱膨張差を小さくするとともに、外部端子と補助導体との結合を高めることができるので、高温且つ激しい振動下において外部端子と補助導体とを強固に接合した状態とし、外部端子と補助導体とが剥離する可能性を低減することができる。

また、好ましくは、補助導体は、側壁部に埋入された部位に含まれる材料と同一の材料を含有することから、補助導体と側壁部との結合を高めることができ、補助導体と側壁部とが剥離する可能性を低減することができ、外部端子が側壁部から剥離する可能性を低減できる。

また、好ましくは、前記流路領域が上下方向に複数形成されており、それぞれの流路領域を挟むように前記第１電極と前記第２電極とが対向して配置されていることから、複数の第１電極と第２電極との間にそれぞれ流路を形成し、プラズマ場を発生させるので、浄化能力を向上させることができる。

本発明の反応装置は、本発明のプラズマ発生体と、流路領域に被処理流体を供給する供給部と、流路領域でプラズマ発生を行なって流体を化学変化させた反応物を排出するための排出部とを具備することから、外部電源を外部端子に電気的に接続し、第１電極と第２電極とに電圧を印加することで、プラズマ発生体の流路内にプラズマ場を発生させることができるので、供給部から供給された被処理流体をプラズマ発生体の流路内を通過させることにより、被処理流体を反応、分解することができ、反応、分解した流体を排出部に排出することができる。

本発明のプラズマ発生体について説明する。図１（ａ）は、本発明のプラズマ発生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２（ｃ）のＥ部における要部拡大断面図である。図４は、図１におけるプラズマ発生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は側壁部、６は流路、７は外部端子、８は補助導体である。

本発明のプラズマ発生体は、平板状の第１電極１と、第１電極１上に対向して配置される平板状の第２電極２と、対向面の外側或いは外周部に設けられ、第１電極１と第２電極２とが離間するように、これらを保持する側壁部５と、側壁部５の外表面に形成され、第１電極１に接続される外部端子７と、側壁部５に埋入され、側壁部５の外表面側で外部端子７に接合されるとともに、外部端子７との接合面に平行な断面における特定方向の幅が、接合面から内部に向かうに連れて、広くなる幅広領域を有する補助導体８とを備え、側壁部５、ならびに第１電極１及び第２電極２により囲まれた流路６領域内を流体が流れる。

尚、本発明において、外部端子７との接合面に平行な断面における特定方向の幅とは、接合面が曲面上をなすときは、この接合面に接する接線に平行な断面における特定方向の幅をいうものとする。

第１絶縁部３および第２絶縁部４は、例えば、セラミックスから成る場合、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、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成る。第１絶縁部３および第２絶縁部４が、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、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となすとともにこれを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を採用し、シート状に成形することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、次にセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１５００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。

第１電極１および第２電極２は、第１絶縁部３および第２絶縁部４に保持されており、後述する流路６内にプラズマ場を発生させるための電極として機能する。すなわち、第１電極１および第２電極２は、第１絶縁部３および第２絶縁部４の表面または内部に互いに対向するようにそれぞれ被着形成されている。なお、第１電極１および第２電極２は、その端部が第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５の外表面近傍まで導出されており、後述する外部端子７に、直接に或いは補助導体を介して電気的に接続される。第１電極１および第２電極２は、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末メタライズからなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、第１絶縁部３および第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印刷塗布し、第１絶縁部３および第２絶縁部４用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絶縁部３および第２絶縁部４の所定のパターンに形成することができる。メタライズペーストは、主成分の金属粉末に有機バインダー、有機溶剤、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル、三本ロールミル、プラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の絶縁基板との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加しても良い。

なお、図２に示すように、第１電極１および第２電極２は、第１絶縁部３および第２絶縁部４の内部に配設していると、第１電極１および第２電極２が流路６内を通過する流体に直接接触しにくくなるので、流体により第１電極１および第２電極２が腐食し、プラズマ場の強度が低下する可能性を抑制することができるので好ましい。なお、第１絶縁部３および第２絶縁部４の表面に形成する際には、第１電極１および第２電極２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。また、プラズマ発生体を高温下の環境にて使用する場合は、熱により金属同士の拡散が行われやすくなるので、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、ニッケルめっき層と金めっき層とを順次被着している場合、高温下の熱によりニッケルと金とが容易に拡散し、第１電極１または第２電極２が劣化してプラズマ場の強度が低下する可能性やプラズマ場の強度がばらつく可能性がある。このため、プラズマ発生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程度被着させておいても構わない。

また、第１電極１と第２電極２との間隔は、必要とするプラズマ場の強度や第１電極１および第２電極２に印加する電圧等によって適宜決定される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を反応、分解して、浄化するプラズマ発生体における第１電極１と第２電極２との間隔は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度が好ましい。

側壁部５は、第１絶縁部３および第４絶縁部４の外周部に設けられており、第１絶縁部３と第２絶縁部４とを支持し、第１電極１と第２電極２との間に一定の間隔を形成するとともに、第１絶縁部３と第２絶縁部４と側壁部５とにより囲まれた領域となる流路６を形成する。

側壁部５は、例えば、セラミックスから成る場合、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、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成る。側壁部５が、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、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となすとともにこれを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を採用し、シート状に成形することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、次にセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１５００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。

第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５の少なくともいずれか一つの外表面には、外部端子７が被着形成されている。外部端子７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し、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５の少なくともいずれか一つの外表面に導出された第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７は、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末メタライズからなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５用のセラミックグリーンシートの所定の位置に外部端子７用のメタライズペーストを印刷塗布し、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５用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プラズマ発生体の所定の位置に形成することができる。外部端子７用のメタライズペーストは、第１電極１および第２電極２用のメタライズペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーや有機溶剤の量により印刷に適した粘度に調製される。

なお、外部端子７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。なお、外部端子７が酸化腐食するのを防止するとともに、外部端子７と外部電源の電源端子との接合を強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されていることが好ましい。なお、外部端子７においても、上述と同様に、高温下にて使用する場合には、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。

或いは、外部端子７は、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５用のセラミックグリーンシートの焼成後に、所定の位置に貼り付けられた金属板でもよい。

そして、外部電源の電源端子を圧接や接合等の手段により外部端子７に電気的に接続し、外部端子７を通して第１電極１と第２電極２とに電圧を印加すると、第１電極１と第２電極２との対向面（平面視で第１電極１と第２電極２とが重畳する領域）の間にプラズマ場を発生させることができる。これにより、プラズマ発生体の一方側面から他方側面にかけて形成された流路６内を通過する流体は、第１電極１と第２電極２との間のプラズマ場を通過することとなるので、反応、分解して、浄化される。例えば、ＮＯ_Ｘ（窒素酸化物）は、例えば下記の反応（１）および（２）により分解して、Ｎ_２およびＯ_２が生成されて浄化される。

２ＮＯ_２ → ２ＮＯ＋Ｏ_２・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ_２ → Ｎ_２＋２Ｏ_２・・・・・・・・・・（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、周波数の高い交流電圧が印加される。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気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を反応、分解して、浄化するプラズマ発生体において印加される交流電圧の周波数は、例えば、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。

そして、本発明においては、側壁部５に埋入され、側壁部５の外表面側で外部端子７に接合されるとともに、外部端子７との接合面に平行な断面における特定方向の幅Ｗ１が、接合面から内部に向かうに連れて、広くなる幅広領域を有する補助導体８とを備えている。なお、接合面から内部に向かうに連れて、広くなる幅広領域を有するとは、図３に示すように、補助導体８の特定方向の幅Ｗ_１が外部端子７と接合する面の幅Ｗ_２よりも幅広に形成されている（Ｗ_１＞Ｗ_２）ことを示している。この補助導体８が設けられていることより、高温でかつ激しく振動する環境下において電源端子と外部端子７との間に熱や振動による応力が発生したとしても、その応力は、外部端子７に接合された補助導体８に分散されるので、外部端子７と側壁部５との間に発生する応力が低減され、外部端子７が側壁部５から剥離する可能性を低減することができる。

また、補助導体８は、外部端子７との接合面に平行な断面における特定方向の幅Ｗ１が、接合面から内部に向かうに連れて、広くなる幅広領域を有することから、外部端子７に接合された補助導体８が側壁部５に包み込まれる領域を有することとなり、外部端子７が側壁部５から剥離する可能性を低減することができる。これにより、第１電極１と第２電極２との間に所定の電圧を印加して、第１電極１と第２電極２との間にプラズマ場を良好に発生させることができ、流路内を流れるＰＭや酸化性成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化することができる。

尚、上述した補助導体８が側壁部５の外表面に形成されたプラズマ発生体にかえて、外部端子７が第１絶縁部３または第２絶縁部４の外表面に形成されている場合、補助導体８が、第１絶縁部３または第２絶縁部４に埋入され、第１絶縁部３または第２絶縁部４の外表面側で外部端子７に接合されるとともに、外部端子７との接合面に平行な断面における特定方向の幅が、接合面から内部に向かうに連れて、広くなる幅広領域を有しているプラズマ発生体であっても構わない。このプラズマ発生体の場合であっても、上述と同様の効果により、外部端子７が第１絶縁部３または第２絶縁部４から剥離する可能性を低減することができる。従って、第１電極１と第２電極２との間に所定の電圧を印加して、第１電極１と第２電極２との間にプラズマ場を良好に発生させることができ、流路内を流れるＰＭや酸化性成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化することができる。

また、補助導体８は、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５の少なくともいずれか一つに埋入される際に、第１電極１または第２電極２と直接接合するようにして埋入しておくと、第１電極１および第２電極２は、補助導体８を通して外部端子７に電気的に接続されるので、第１電極１または第２電極２と外部端子７との電気的接続をより確実なものとすることができる。この場合、第１電極１および第２電極２は、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５の外表面に導出して外部端子７に直接接合していなくても構わない。

このような補助導体８は、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末メタライズからなる。まず、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５用のセラミックグリーンシートの所定の位置に金型やパンチングによる打ち抜き方法またはレーザ加工等の加工方法により補助導体８用の貫通孔を形成し、この補助導体８用の貫通孔に補助導体８用のメタライズペーストをスクリーン印刷法等の印刷手段により充填しておく。そして、切断加工等により補助導体８用のメタライズペーストが第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５用のセラミックグリーンシートの端面から露出することとなる。さらに、この露出した面の一部の面または全面を被覆するように外部端子７用のメタライズペーストを印刷塗布し、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５用のセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより、補助導体８は、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５の少なくともいずれか一つに埋入されるとともに、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５の少なくともいずれか一つの外表面側で外部端子７に接合される。なお、補助導体８用のメタライズペーストは、第１電極１、第２電極２、外部端子７用のメタライズペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーや有機溶剤の量により補助導体８用の貫通孔への充填に適した粘度に調製される。

また、複数の補助導体８を埋入しておき、複数の補助導体８を外部端子７に接合しておくと、応力を複数の補助導体８に分散させることができるので、電源端子と外部端子７との間に、より大きな応力が発生したとしても、外部端子７とその他の部材、例えば第１絶縁部３や第２絶縁部４、側壁部５、第１電極１、第２電極２との間に発生する応力が低減され、外部端子７がその他の部材、例えば第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５、第１電極１、第２電極２から剥離する可能性を低減することができる。また、複数の補助導体８を埋入する場合は、応力を偏りなく分散させるため、分散して埋入しておくことが好ましい。

また、補助導体８は、厚み方向に延在した柱状部を備え、柱状部は、その平面視形状が円弧状をなすことが好ましい。すなわち、図２（ａ）に示したように、補助導体８が厚み方向に埋入されるとともに、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図３に示したように、補助導体８の外縁が円弧状となっていることが好ましい。上記構成により、プラズマ発生体が上下方向に振動した際に発生する補助導体８と第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５との間の応力は放射状に分散されるので、外部端子７と補助導体８と第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５との間に発生する単位面積当りの応力をより小さくすることができ、外部端子７および補助導体８がその他の部材、例えば第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５、第１電極１、第２電極２から剥離する可能性をより低減することができる。これにより、第１電極１と第２電極２とに所定の電圧を印加することで、第１電極１と第２電極２との間にプラズマ場を良好に発生させることができ、流路６内を流れるＰＭや酸化性成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化することができる。

また、図５に示すように、プラズマ発生体は、複数の流路６が厚み方向に形成されたものであっても良い。図５において、第１電極１と第２電極２との間および第１電極１と第２電極２’との間に挟まれて流路６が形成されている。上記構成により、第１電極１と第２電極２との間および第１電極１と第２電極２’との間にそれぞれプラズマ場を発生させ、それぞれの流路６内を通過する流体を反応、分解させて浄化することができる。

また、図６、７に示すように、より多くの流路６が厚み方向に形成されたものであっても構わない。上記構成により、それぞれのセル６内にＰＭや酸化性成分等の流体を通過させるとともに、流体を反応、分解させることができるので、効率良く流体を浄化することができる。なお、図６に示すように、補助導体８は、厚み方向に連結して埋入したものであっても構わないし、図７に示すように、分割して埋入したものであっても構わない。なお、図５〜図７に示したように、複数の流路６を厚み方向に形成させる場合、第１の電極１および第２の電極２とは、交互に対向して配設される。

また、図８または図９で示すように、補助導体８は、側面視で外部端子７の外周部に接合され、この外周部よりも外側に、外部に露出した領域を有することが好ましい。なお、図８（ａ）は、本発明のプラズマ発生体の側面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）において外部端子７がない状態を示している。なお、図８（ｂ）においては、外部端子７が被着される領域を一点鎖線にて示している。図９は、本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す斜視図である。これらの図に示すように、補助導体８は、外部端子７の外周部に接合されている領域を有し、さらに外部に露出した領域、すなわち外部端子７に被覆されていない領域とを有している。本発明者らの得た知見によれば、高温且つ激しい振動下においては、外部端子７の外周部に外部端子７の中央部よりも大きな応力が印加されることがあるが、このような場合であっても、外部端子７の外周部には補助導体８が接合され、外部端子７の外周部の応力を良好に吸収でき、外部端子７が側壁部５等から剥離する可能性を低減することができる。また、外部端子７の外周部よりも外側に、外部に露出した領域を有するようになすことで、外部端子７を、その外周部において補助導体８に接合することがより確実にできる。これにより、第１電極１と第２電極２とに所定の電圧を印加することで、第１電極１と第２電極２との間にプラズマ場を良好に発生させることができ、流路６内を流れるＰＭや酸化性成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化させることができる。

なお、複数の補助導体８は、外部端子７に接合されている領域と、側面視で外部端子７の外周よりも外側の領域に位置し、外部に露出した領域とを有しているものに限られない。例えば、図１０に示すようなプラズマ発生体の厚み方向と幅方向とに複数の補助導体８が埋入されている場合、外部端子７の外周寄りに位置する補助導体８が、外部端子７に接合されている領域と、側面視で外部端子よりも外側の領域に位置し、外部に露出した領域とを有するように配設しておけば良く、外部端子７の外周よりも内側に位置する補助導体８は、外部端子７により全面が被覆されておいても構わない。なお、補助導体８を外部に露出する場合には、補助導体８の露出する面には、外部端子７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。

また、補助導体８と、外部端子７とが、同一材料を含有することが好ましい。上記構成により、外部端子７と補助導体８との間の熱膨張差を小さくするとともに、外部端子７と補助導体８との結合を高めることができるので、高温高振動下において外部端子７と補助導体８とを強固に接合した状態とし、外部端子７と補助導体８とが剥離する可能性を低減することができる。これにより、第１電極１と第２電極２とに所定の電圧を印加することで、第１電極１と第２電極２との間にプラズマ場を良好に発生させることができ、流路６内を流れるＰＭや酸化性成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化することができる。

このような具体例として、外部端子７がタングステンの金属粉末メタライズからなる場合は、補助導体８はタングステンの金属粉末メタライズを含有し、外部端子７が銅の金属粉末メタライズからなる場合は、補助導体８は銅の金属粉末メタライズを含有することが好ましい。外部端子７と補助導体８とは、金属粉末メタライズ以外に、必要に応じてガラスやセラミックスを含有しているものであっても良く、互いに５０重量％以上同一の材料を含有していることがさらに好ましい。また、上述した理由と同様の理由により、補助電極８は、第１電極１および第２電極２の材料と同一材料を含有することがより好ましい。

また、補助導体８は、埋入された第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５に含まれる材料と同一の材料を含有することが好ましい。上記構成により、補助導体８と補助導体８が埋入された部位との間の結合を高めることができるので、補助導体８が、第１絶縁部３や第２絶縁部４、側壁部５、第１電極１、第２電極２から剥離する可能性を低減することができ、結果として外部端子７が第１絶縁部３等から剥離する可能性を低減することができる。これにより、第１電極１第２電極２とに所定の電圧を印加することで、第１電極１と第２電極２との間にプラズマ場を良好に発生させることができ、流路６内を流れるＰＭや酸化性成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化することができる。

このような具体例として、補助導体８が埋入された第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５が、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合は、補助導体８は、酸化アルミニウム質焼結体を含有しており、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５が、窒化アルミニウム質焼結体からなる場合は、補助導体８は、窒化アルミニウム質焼結体を含有していることが好ましい。

なお、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５が、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合は、補助導体８用のメタライズペーストに酸化アルミニウム質焼結体の粉末を含有させておくことにより、焼結した際に酸化アルミニウムが含有された補助導体８として形成できる。なお、補助導体８に含有する量は、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５の材料や補助導体８の幅、長さ等により適宜決定されるが、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５が、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合は、０．１重量％〜３０重量％程度含有されることが好ましい。

なお、プラズマ発生体は、第１絶縁部３、第２絶縁部４、側壁部５が、セラミックグリーンシートを同時焼成することにより形成され、第１電極１、第２電極２、外部端子７、補助導体８が、メタライズペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成されることが好ましい。このことにより、プラズマ発生体はセラミックスやメタライズからなり、一体化されているので、長期間や高温、高振動等の環境下での使用において、プラズマ発生体の変形を小さなものとし、流路６の形状を安定したものとすることができる。従って、流路６内を通過するＰＭや酸化性成分等の流体を長期間にわたって安定して反応、分解させて良好に浄化することができる。

また、本発明の反応装置は、本発明のプラズマ発生体と、流路６領域に被処理流体を供給する供給部と、流路６領域でプラズマ発生を行なって流体を化学変化させた反応物を排出するための排出部とを具備している。そして、外部電源を外部端子７に電気的に接続し、第１電極１と第２電極２とに電圧を印加することで、プラズマ発生体の流路６内にプラズマ場を発生させることができるので、供給部から供給された被処理流体をプラズマ発生体の流路６内を通過させることにより、被処理流体を反応、分解することができ、反応、分解された流体を排出部から外部に排出することができる。

なお、反応装置にプラズマ発生体以外の排気ガスの浄化機構を取り付けておいても良い。例えば、プラズマ発生体の前後にフィルターや触媒を付着しておいても良く、これにより排気ガス中のＰＭや酸化成分等の排出をさらに低減させることができる。このようなフィルターとして、セラミック製のＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）等があり、触媒として白金等を用いることができる。

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ディーゼルエンジン等の排気ガスの浄化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プラズマ発生体およびその反応装置に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシン分解、花粉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プラズマ発生体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマ反応により流路６内を通過する流体を反応または分解させるためのプラズマ発生体およびその反応装置に適用することが可能である。

（ａ）は、本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ方向から見た側面図である。 （ａ）は、図１（ａ）のプラズマ発生体のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｂ）は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ’線における断面図、（ｃ）は、図１（ｂ）のＤ−Ｄ’線における断面図である。 図２（ｃ）のＥ部における要部拡大断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す斜視図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である （ａ）は、本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の外部端子を透過させた側面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す斜視図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す側面図である。

符号の説明

１・・・第１電極
２・・・第２電極
３・・・第１絶縁部
４・・・第２絶縁部
５・・・側壁部
６・・・流路
７・・・外部端子
８・・・補助導体

Claims (9)

1. 平板状の第１電極と、
   該第１電極上に対向して配置される平板状の第２電極と、
   前記第１電極の前記第２電極との対向面の外周部に設けられ、前記第１電極と前記第２電極とが離間するように、これらを保持する側壁部と、
   該側壁部の外表面に形成され、前記第１電極に接続される外部端子と、
   前記側壁部に埋入されるとともに前記側壁部の外表面側で前記外部端子に接合され、前記対向面に平行な断面において、前記外部端子との接合部分の幅よりも前記外部端子との接合面に平行な方向の幅が広い幅広領域を有する補助導体とを備え、
   前記側壁部、ならびに前記第１電極及び前記第２電極により囲まれた流路領域内を流体が流れることを特徴とするプラズマ発生体。
2. 前記補助導体は、上下方向に延在した柱状部を備え、該柱状部は、その平面視形状が円弧状をなすことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生体。
3. 前記補助導体は、側面視で前記外部端子の外周部に接合され、該外部端子の外周部よりも外側に、外部に露出した領域を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生体。
4. 前記補助導体は、前記外部端子に含まれる材料と同一の材料を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のプラズマ発生体。
5. 前記補助導体は、前記側壁部に含まれる材料と同一の材料を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のプラズマ発生体。
6. 前記流路領域が上下方向に複数形成されており、それぞれの流路領域を挟むように前記第１電極と前記第２電極とが対向して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のプラズマ発生体。
7. 前記第１電極は、複数形成され、前記補助導体は、前記複数の第１電極同士を電気的に接続することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生体。
8. 平板状の第１電極と、
   該第１電極上に対向して配置される平板状の第２電極と、
   前記第１電極を覆う絶縁部と、
   該絶縁部の外表面に形成され、前記第１電極に接続される外部端子と、
   前記絶縁部に埋入されるとともに前記絶縁部の外表面側で前記外部端子に接合され、前記対向面に平行な断面において、前記外部端子との接合部分の幅よりも前記外部端子との接合面に平行な方向の幅が広い幅広領域を有する補助導体とを備え、
   前記第１電極と前記第２電極とにより挟まれた流路領域内を流体が流れることを特徴とするプラズマ発生体。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のプラズマ発生体と、
   前記流路領域に被処理流体を供給する供給部と、
   前記流路領域でプラズマ発生を行なって前記流体を化学変化させた反応物を排出するための排出部と、を具備することを特徴とする反応装置。

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