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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode und einen einen isolierenden Körper und einen leitenden Körper enthaltenden Elektrodenbaukörper, der zur Verwendung in z. B. einer dielektrischen Barrierenentladungselektrode oder einem Ozongenerator geeignet ist.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Als Baukörper, der einen isolierenden Körper und ein leitendes Material enthält, sind zum Beispiel die in der
JP 08-185955 A und der
WO 2008/108331 A beschriebenen Niedrigtemperatur-Plasmageneratoren bekannt.
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In dem Niedrigtemperatur-Plasmagenerator, der in der
JP 08-185955 A beschrieben wird, ist ein stabförmiger leitender Körper in ein Durchgangsloch eingeführt, das sich in einem stabförmigen keramischen dielektrischen Körper in Längsrichtung erstreckt, und beide Enden des leitenden Körpers und des keramischen dielektrischen Körpers sind mit einem Glas oder einem anorganischen oder organischen Klebstoff zu einer Einheit zusammengefügt und abgedichtet, um eine Elektrode auszubilden. Auf die Oberflächen der stabförmigen leitenden Körper oder der stabförmigen keramischen dielektrischen Körper wird vor allem in einem Fall, in dem die keramischen dielektrischen Körper einer Vielzahl der Elektroden in einem Linienberührungszustand zusammengefügt werden, ein Oberflächenbehandlungsmittel aufgebracht, das einen Bestandteil enthält, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Metallelement, einem Seltenerdelement, einem anorganischen Salz und einer Organometallverbindung besteht, die eines dieser Elemente enthält, und das aufgebrachte Mittel wird einer Wärmebehandlung für das Zusammenfügen unterzogen.
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In dem Niedrigtemperatur-Plasmagenerator, der in der
WO 2008/108331 A beschrieben ist, wird eine leitende Paste eng auf zumindest eine Innenfläche eines Raums aufgebracht, der innerhalb eines isolierenden Körpers definiert ist, und die leitende Paste wird in dem Raum eingeschlossen, um aus der leitenden Paste als Entladungselektrode einen durchgängigen Teil auszubilden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Allerdings wird die Elektrode, die in der
JP 08-185955 A beschrieben ist, erzielt, indem der leitende Körper und der isolierende Körper, die separat angefertigt wurden, mit einem Dichtmittel wie einem Harz zusammengefügt werden. Wenn sich aufgrund einer Temperaturänderung oder dergleichen eine Grenzfläche zwischen dem isolierenden Körper und dem Dichtmittel verschlechtert, wird daher die Isolierfestigkeit deutlich reduziert.
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In der Elektrode, die in der
WO 2008/108331 A beschrieben ist, wird die rohrartige Entladungselektrode aus der leitenden Schicht, die in dem rohrartigen isolierenden Körper ausgebildet ist, mit einer isolierenden Substanz gefüllt. Als isolierende Substanz wird ein Silikon (etwa ein Silikonvergussmaterial) verwendet, das ausreichendes Isoliervermögen und ausreichende Wärmebeständigkeit hat, und fest an der leitenden Schicht angebracht. Daher verschlechtert sich die isolierende Substanz nachteiliger Weise aufgrund von Ozonerzeugung.
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In der
JP 08-185955 A und der
WO 2008/108331 A ist die elektrische Feldstärke an der Grenze zwischen einem Abschnitt mit dem Dichtmittel und einem Abschnitt ohne das Dichtmittel erhöht, und häufig wird eine ungewünschte Kriechentladung hervorgerufen. Dies führt zu einem hohen Energieverlust und beeinträchtigt die Haltbarkeit.
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Wenn zwischen dielektrischen Körpern wie den rohrartigen isolierenden Körpern ein Entladungsspalt ausgebildet wird, kann eine Halterung verwendet werden, um die dielektrischen Körper zu fixieren. In diesem Fall muss die Halterung eine große Größe haben, um eine ausreichende Kriechstromstrecke zu erhalten. Daher ist der Baukörper häufig kompliziert, und der Kriechstrom verschlechtert sich nachteilig.
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Die Erfindung erfolgte angesichts der obigen Probleme, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Elektrode und einen Elektrodenbaukörper zur Verfügung zu stellen, die dazu imstande sind, zumindest die folgenden vorteilhaften praktischen Wirkungen zu erreichen:
- (a) Die Erzeugung von unnötiger Entladung, die den Energieverlust und die Haltbarkeit beeinflusst, kann verhindert werden.
- (b) Bei Verwendung einer Halterung kann die Kriechstromstrecke auf der Halterung reduziert werden, wodurch die Gesamtgröße reduziert werden kann.
- (c) Das elektrische Feld kann in einem Abschnitt, der von der Halterung fixiert wird, gesenkt werden, wodurch der Baukörper der Halterung vereinfacht werden kann.
- [1] Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Elektrode vorgesehen, die einen zylinderförmigen isolierenden Körper, der einen hohlen Abschnitt hat, und einen leitenden Körper umfasst, der sich im hohlen Abschnitt des isolierenden Körpers befindet, wobei mindestens eine Endfläche des leitenden Körpers innerhalb des hohlen Abschnitts in einem Abstand von einer Endfläche des isolierenden Körpers positioniert ist.
- [2] Bei der ersten Ausgestaltung kann im hohlen Abschnitt zwischen der einen Endfläche des leitenden Körpers und der einen Endfläche des isolierenden Körpers eine Substanz vorhanden sein, welche eine geringere Dielektrizitätskonstante als der isolierende Körper hat.
- [3] Bei der ersten Ausgestaltung kann die Substanz Luft sein.
- [4] Bei der ersten Ausgestaltung können der isolierende Körper und der leitende Körper durch Brennen direkt miteinander integriert sein.
- [5] Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Elektrodenbaukörper vorgesehen, der eine erste Elektrode, die einen zylinderförmigen ersten isolierenden Körper, der einen ersten hohlen Abschnitt hat, und einen ersten leitenden Körper enthält, der sich im ersten hohlen Abschnitt des ersten isolierenden Körpers befindet, eine zweite Elektrode, die einen zylinderförmigen zweiten isolierenden Körper, der einen zweiten hohlen Abschnitt hat, und einen zweiten leitenden Körper enthält, der sich im zweiten hohlen Abschnitt des zweiten isolierenden Körpers befindet, und eine Halterung umfasst, die so gestaltet ist, dass sie die erste Elektrode und die zweite Elektrode fixiert, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode voneinander getrennt sind, ihre Achsenrichtungen zueinander parallel sind und zumindest in der ersten Elektrode mindestens eine Endfläche des ersten leitenden Körpers innerhalb des ersten hohlen Abschnitts in einem Abstand von einer Endfläche des ersten isolierenden Körpers positioniert ist.
- [6] Bei der zweiten Ausgestaltung kann im ersten hohlen Abschnitt zwischen der einen Endfläche des ersten leitenden Körpers und der einen Endfläche des ersten isolierenden Körpers eine Substanz vorhanden sein, welche eine geringere Dielektrizitätskonstante als der erste isolierende Körper hat.
- [7] Bei der ersten Ausgestaltung kann sich zwischen einer Position, die der einen Endfläche des ersten isolierenden Körpers entspricht, und einer Position, die der einen Endfläche des ersten leitenden Körpers entspricht, zumindest die Halterung auf Außenumfängen des ersten isolierenden Körpers und des zweiten isolierenden Körpers befinden.
- [8] Bei dem Merkmal [5] kann bei der zweiten Elektrode zumindest eine weitere Endfläche des zweiten leitenden Körpers innerhalb des zweiten hohlen Abschnitts in einem Abstand von einer weiteren Endfläche des zweiten isolierenden Körpers positioniert sein. Unter den beiden Endflächen des zweiten leitenden Körpers ist eine Endfläche des zweiten leitenden Körpers in der gleichen Richtung wie die eine Endfläche des ersten leitenden Körpers orientiert und die weitere Endfläche des zweiten leitenden Körpers ist in der Gegenrichtung orientiert. Gleichermaßen ist unter den beiden Endflächen des zweiten isolierenden Körpers eine Endfläche des zweiten isolierenden Körpers in der gleichen Richtung wie die eine Endfläche des ersten isolierenden Körpers orientiert, und die weitere Endfläche des zweiten isolierenden Körpers ist in der Gegenrichtung orientiert.
- [9] In diesem Fall kann im ersten hohlen Abschnitt zwischen der einen Endfläche des ersten leitenden Körpers und der einen Endfläche des ersten isolierenden Körpers eine Substanz vorhanden sein, welche eine geringere Dielektrizitätskonstante als der erste isolierende Körper hat, und es kann im zweiten hohlen Abschnitt zwischen der weiteren Endfläche des zweiten leitenden Körpers und der weiteren Endfläche des zweiten isolierenden Körpers eine Substanz vorhanden sein, welche eine geringere Dielektrizitätskonstante als der zweite isolierende Körper hat.
- [10] Bei dem Merkmal [8] oder [9] kann die Halterung einen ersten Halter und einen zweiten Halter enthalten, der erste Halter kann sich zwischen einer Position, die der einen Endfläche des ersten isolierenden Körpers entspricht, und einer Position, die der einen Endfläche des ersten leitenden Körpers entspricht, auf den Außenumfängen des ersten isolierenden Körpers und des zweiten isolierenden Körpers befinden, und der zweite Halter kann sich zwischen einer Position, die der weiteren Endfläche des zweiten isolierenden Körpers entspricht, und einer Position, die der weiteren Endfläche des zweiten leitenden Körpers entspricht, auf den Außenumfängen des ersten isolierenden Körpers und zweiten isolierenden Körpers befinden.
- [11] Bei dem Merkmal [6] oder [9] kann die Substanz Luft sein.
- [12] Bei der zweiten Ausgestaltung können der erste isolierende Körper und der erste leitende Körper durch Brennen direkt miteinander integriert sein, und der zweite isolierende Körper und der zweite leitende Körper können durch Brennen direkt miteinander integriert sein.
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Die erfindungsgemäße Elektrode und der erfindungsgemäße Elektrodenbaukörper können die folgenden vorteilhaften Wirkungen erreichen:
- (a) Die Erzeugung der unnötigen Entladung, die den Energieverlust und die Haltbarkeit beeinflusst, kann verhindert werden.
- (b) Bei Verwendung der Halterung kann die Kriechstromstrecke auf der Halterung reduziert werden, wodurch die Gesamtgröße reduziert werden kann.
- (c) Das elektrische Feld kann in dem Abschnitt, der von der Halterung fixiert wird, gesenkt werden, wodurch der Baukörper der Halterung vereinfacht werden kann.
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Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in der mittels illustrierenden Beispiels bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Schnittansicht eines Elektrodenbaukörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2A ist eine erläuternde Ansicht, die ein Problem eines Elektrodenbaukörpers gemäß einem Vergleichsbeispiel darstellt;
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2B ist eine erläuternde Ansicht, die eine vorteilhafte Wirkung des Elektrodenbaukörpers dieses Ausführungsbeispiels darstellt;
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3A ist eine Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Beispiel 1;
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3B ist eine Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Bezugsbeispiel 1;
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4A ist eine vergrößerte Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Beispiel 1;
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4B ist eine vergrößerte Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Bezugsbeispiel 1;
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5A ist eine Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Beispiel 2;
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5B ist eine Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Bezugsbeispiel 2;
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6A ist eine Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Beispiel 3;
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6B ist eine Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Bezugsbeispiel 3;
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7A ist eine vergrößerte Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Beispiel 3;
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7B ist eine vergrößerte Abbildung von Äquipotenziallinien in einem Hauptteil von Bezugsbeispiel 3;
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8A ist eine Schnittansicht eines Elektrodenbaukörpers gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel;
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8B ist eine Schnittansicht eines Elektrodenbaukörpers gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel;
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9 ist ein Ablaufdiagramm eines ersten Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer ersten Elektrode;
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10A ist eine Schnittansicht eines Grünkörpers, der in einem Grünkörperfertigungsschritt angefertigt wurde;
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10B ist eine Schnittansicht eines vorgebrannten Körpers, der in einem Fertigungsschritt für einen vorgebrannten Körper angefertigt wurde;
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10C ist eine Schnittansicht eines ersten leitenden Stabs, der in einem Einführschritt für einen leitenden Körper in einen hohlen Abschnitt des vorgebrannten Körpers eingeführt wurde;
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10D ist eine Schnittansicht einer ersten Elektrode, die in einem Brenn-/Integrationsschritt hergestellt wurde;
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11 ist ein Ablaufdiagramm eines zweiten Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer ersten Elektrode;
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12A ist eine Schnittansicht eines Grünkörpers, der in einem Grünkörperfertigungsschritt angefertigt wurde;
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12B ist eine Schnittansicht eines ersten leitenden Stabs, der in einem Einführschritt für einen leitenden Körper in einen hohlen Abschnitt des Grünkörpers eingeführt wurde; und
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12C ist eine Schnittansicht einer ersten Elektrode, die in einem Brenn-/Integrationsschritt hergestellt wurde.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 12C wird unten ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode und des erfindungsgemäßen Elektrodenbaukörpers beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass in dieser Beschreibung der Zahlenbereich "A bis B" die beiden Zahlenwerte A und B als unteren Grenzwert und oberen Grenzwert einschließt.
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Wie in 1 gezeigt ist, enthält ein Elektrodenbaukörper 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine erste Elektrode 18A und eine zweite Elektrode 18B und zudem einen ersten Halter 20A und einen zweiten Halter 20B zum Fixieren der ersten Elektrode 18A und der zweiten Elektrode 18B. Die erste Elektrode 18A und die zweite Elektrode 18B sind voneinander auf eine solche Weise getrennt, dass ihre Achsenrichtungen zueinander parallel sind.
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Die erste Elektrode 18A enthält einen zylinderförmigen ersten isolierenden Körper 14A, der einen ersten hohlen Abschnitt 12A hat, und einen ersten leitenden Körper 16A, der sich im ersten hohlen Abschnitt 12A des ersten isolierenden Körpers 14A befindet. Der erste isolierende Körper 14A und der erste leitende Körper 16A sind durch Brennen direkt miteinander integriert. Die zweite Elektrode 18B enthält einen zylinderförmigen zweiten isolierenden Körper 14B, der einen zweiten hohlen Abschnitt 12B hat, und einen zweiten leitenden Körper 16B, der sich im zweiten hohlen Abschnitt 12B des zweiten isolierenden Körpers 14B befindet. Der zweite isolierende Körper 14B und der zweite leitende Körper 16B sind durch Brennen direkt miteinander integriert. Der erste isolierende Körper 14A und der zweite isolierende Körper 14B können als ein dielektrischer Körper zum Herbeiführen einer Ladung bezeichnet werden.
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In dem Beispiel von 1 sind der erste hohle Abschnitt 12A im zylinderförmigen ersten isolierenden Körper 14A und der zweite hohle Abschnitt 12B im zylinderförmigen zweiten isolierenden Körper 14B Durchgangslöcher, und in die Durchgangslöcher sind jeweils Stäbe des ersten leitenden Körpers 16A und des zweiten leitenden Körpers 16B (nachstehend als erster leitender Stab 24A und zweiter leitender Stab 24B bezeichnet) eingeführt. Die Durchgangslöcher in dem ersten isolierenden Körper 14A und dem zweiten isolierenden Körper 14B haben jeweils eine kreisförmige Querschnittsform, und der erste leitende Stab 24A und der zweite leitende Stab 24B haben gleichermaßen jeweils eine kreisförmige Querschnittsform.
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Der erste isolierende Körper 14A und der zweite isolierende Körper 14B haben jeweils einen Außendurchmesser von 0,4 bis 5 mm, eine Achsenrichtungslänge von 5 bis 100 mm und eine Dicke von 0,1 bis 1,5 mm. Der erste leitende Stab 24A und der zweite leitende Stab 24B haben jeweils einen Außendurchmesser von 0,2 bis 4,6 mm und eine Achsenrichtungslänge von 7 bis 300 mm.
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In der ersten Elektrode 18A des Elektrodenbaukörpers 10 ist eine Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A innerhalb des ersten hohlen Abschnitts 12A in einem Abstand von einer Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A positioniert. Eine weitere Endfläche 26Ab des ersten leitenden Stabs 24A ragt von einer weiteren Endfläche 28Ab des ersten isolierenden Körpers 14A vor. In der zweiten Elektrode 18B ist gleichermaßen eine weitere Endfläche 26Bb des zweiten leitenden Stabs 24B innerhalb des zweiten hohlen Abschnitts 12B in einem Abstand von einer weiteren Endfläche 28Bb des zweiten isolierenden Körpers 14B positioniert. Eine Endfläche 26Ba des zweiten leitenden Stabs 24B ragt von einer Endfläche 28Ba des zweiten isolierenden Körpers 14B vor. Ein weiteres Ende 24Ab des ersten leitenden Stabs 24A und ein Ende 24Ba des zweiten leitenden Stabs 24B sind elektrisch mit einer Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden und fungieren als Extraktionselektroden. Der erste leitende Stab 24A und der zweite leitende Stab 24B sind einander in einem Entladungserzeugungsabschnitt 30 zugewandt.
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Im ersten hohlen Abschnitt 12A des ersten isolierenden Körpers 14A ist zwischen der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A und der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A Luft 32 vorhanden, welche eine geringere Dielektrizitätskonstante als der erste isolierende Körper 14A hat. Gleichermaßen ist im zweiten hohlen Abschnitt 12B des zweiten isolierenden Körpers 14B zwischen der weiteren Endfläche 26Bb des zweiten leitenden Stabs 24B und der weiteren Endfläche 28Bb des zweiten isolierenden Körpers 14B die Luft 32 vorhanden, welche eine geringere Dielektrizitätskonstante als der zweite isolierende Körper 14B hat.
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Der erste Halter 20A hat ein erstes Durchgangsloch 34A für ein Ende 18Aa der ersten Elektrode 18A und ein zweites Durchgangsloch 34B für ein Ende 18Ba der zweiten Elektrode 18B. Somit ist in dem ersten Halter 20A das eine Ende 18Aa der ersten Elektrode 18A in das erste Durchgangsloch 34A eingeführt, und das eine Ende 18Ba der zweiten Elektrode 18B ist in das zweite Durchgangsloch 34B eingeführt. Der erste Halter 20A befindet sich zwischen einer Position, die der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A entspricht, und einer Position, die der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A entspricht, auf den Außenumfängen des ersten isolierenden Körpers 14A und des zweiten isolierenden Körpers 14B.
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Der zweite Halter 20B hat ein drittes Durchgangsloch 34C für ein weiteres Ende 18Ab der ersten Elektrode 18A und ein viertes Durchgangsloch 34D für ein weiteres Ende 18Bb der zweiten Elektrode 18B. Somit ist in dem zweiten Halter 20B das weitere Ende 18Ab der ersten Elektrode 18A in das dritte Durchgangsloch 34C eingeführt, und das weitere Ende 18Bb der zweiten Elektrode 18B ist in das vierte Durchgangsloch 34D eingeführt. Der zweite Halter 20B befindet sich zwischen einer Position, die der weiteren Endfläche 28Bb des zweiten isolierenden Körpers 14B entspricht, und einer Position, die der weiteren Endfläche 26Bb des zweiten leitenden Stabs 24B entspricht, auf den Außenumfängen des ersten isolierenden Körpers 14A und des zweiten isolierenden Körpers 14B.
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Folglich sind die Achsenrichtungen der ersten Elektrode 18A und der zweiten Elektrode 18B parallel zueinander angeordnet, und die erste Elektrode 18A und die zweite Elektrode 18B sind an einem vorbestimmten Entladungsspalt 36 (z. B. 0,3 bis 1,0 mm) fixiert.
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Der erste leitende Körper 16A (der erste leitende Stab 24A) und der zweite leitende Körper 16B (der zweite leitende Stab 24b) bestehen jeweils vorzugsweise aus einem Material, das eine Substanz enthält, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Molybdän, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel und Legierungen besteht, die mindestens eines dieser Elemente enthalten. Beispiele solcher Legierungen schließen Invar, Kovar, Inconel (eingetragene Marke) und Incoloy (eingetragene Marke) ein.
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Der erste isolierende Körper 14A und der zweite isolierende Körper 14B bestehen jeweils vorzugsweise aus einem Keramikmaterial, das bei einer Temperatur gebrannt werden kann, die niedriger als die Schmelzpunkte des ersten leitenden Körpers 16A und des zweiten leitenden Körpers 16B sind. Beispiele solcher Materialien schließen ein Einzelmetalloxid-, Einzelmetallnitrid-, Mischoxid- oder Mischnitridmaterial ein, das ein oder mehr Substanzen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Bariumoxid, Bismutoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Neodymoxid, Titannitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid und Mullit besteht. Unter diesen werden die Mischoxidmaterialien und die Mischnitridmaterialien besonders bevorzugt.
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Es werden nun die praktischen Vorteile des Elektrodenbaukörpers 10 verglichen mit einem Baukörper gemäß einem Vergleichsbeispiel und Bezugsbeispielen beschrieben.
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Wie in 2A gezeigt ist, stimmt in einem Elektrodenbaukörper 100 gemäß dem Vergleichsbeispiel in der ersten Elektrode 18A die eine Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A mit der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A überein, und in der zweiten Elektrode 18B stimmt die weitere Endfläche 26Bb des zweiten leitenden Stabs 24B mit der weiteren Endfläche 28Bb des zweiten isolierenden Körpers 14B überein.
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Zwischen der ersten Elektrode 18A und der zweiten Elektrode 18B ist ein Plattenbauteil 102 eingefügt, das aus Harz oder dergleichen besteht, um den Entladungsspalt 36 zwischen der ersten Elektrode 18A und der zweiten Elektrode 18B aufrechtzuerhalten. In diesem Fall schließen Kriechstromwege zwischen der ersten Elektrode 18A und der zweiten Elektrode 18B einen ersten Weg 104A, einen zweiten Weg 104B usw. ein. Der erste Weg 104A verläuft vom Ende der ersten Elektrode 18A über eine Oberfläche des Plattenbauteils 102 zum zweiten leitenden Stab 24B, der von der zweiten Elektrode 18B vorsteht. Der zweite Weg 104B verläuft vom Ende der ersten Elektrode 18A über die eine Oberfläche und die andere Oberfläche des Plattenbauteils 102 zum zweiten leitenden Körper 16B, der von der zweiten Elektrode 18B vorsteht. Somit muss das Plattenbauteil 102 in dem Elektrodenbaukörper 100 des Vergleichsbeispiels eine große Größe haben, um eine vorbestimmte Kriechstromstrecke zu erhalten. Folglich wird nachteiliger Weise die Größe des Elektrodenbaukörpers 100 erhöht.
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In dem Elektrodenbaukörper 100 des Vergleichsbeispiels ist ein Dichtmittel erforderlich, das aus Harz oder dergleichen besteht, um die erste Elektrode 18A, die zweite Elektrode 18B und das Plattenbauteil 102 zu fixieren. Wegen der hohen Dielektrizitätskonstante des Dichtmittels nimmt das elektrische Feld in diesem Fall im abgedichteten Abschnitt zu, wodurch in einem Spalt oder Hohlraum im Dichtmittel eine unnötige Entladung erzeugt wird. Dies führt zu einem hohen Energieverlust und beeinträchtigt die Haltbarkeit. Bei Verwendung des Dichtmittels ist daher ein Vakuumentschäumungsschritt oder dergleichen erforderlich, um die Ausbildung der Lücke oder des Hohlraums zu verhindern, was zu einem komplizierten Prozess führt.
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Darüber hinaus sind in dem Elektrodenbaukörper 100 des Vergleichsbeispiels der isolierende Körper, das Dichtmittel und das Plattenbauteil im Kriechstromabschnitt angeordnet. Daher wird aufgrund der Wärmeausdehnungskoeffizientendifferenz eine Spannung erzeugt, wodurch das Dichtmittel dazu tendiert, sich bereitwillig zu verschlechtern.
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Im Gegensatz dazu verläuft in dem Elektrodenbaukörper 10 dieses Ausführungsbeispiels, wie in 2B gezeigt ist, ein Kriechstromweg 104 zwischen der ersten Elektrode 18A und der zweiten Elektrode 18B vom Ende des ersten leitenden Stabs 24A in der ersten Elektrode 18A über den ersten hohlen Abschnitt 12A und den ersten Halter 20A zum zweiten leitenden Stab 24B, der von der zweiten Elektrode 18B vorsteht. In diesem Fall entspricht die Kriechstromstrecke des zusammengebauten Körpers im Wesentlichen einer Strecke, die durch Subtrahieren der Strecke zwischen der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A und der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A erzielt wird. Außerdem ist im ersten hohlen Abschnitt 12A der ersten Elektrode 18A zwischen der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A und der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A die Luft 32 vorhanden, welche die geringere Dielektrizitätskonstante hat. Daher kann das elektrische Feld in einem Abschnitt der ersten Elektrode 18A, der vom ersten Halter 20A fixiert wird, abgesenkt werden, wodurch die Kriechstromstrecke zwischen der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A und der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A reduziert werden kann. Folglich ist es nicht notwendig, die Größe des ersten Halters 20A und des zweiten Halters 20B zu erhöhen. Somit kann der Elektrodenbaukörper 10 eine geringere Größe haben.
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Darüber hinaus entspricht der Kriechstromabschnitt in dem Elektrodenbaukörper 10 der Grenze zwischen der Luft 32 und dem isolierenden Körper. Somit ist der Kriechstromabschnitt anders als beim Vergleichsabschnitt nicht zwischen Feststoffen ausgebildet. Daher wird kaum Spannung aufgrund der Wärmeausdehnungskoeffizientendifferenz erzeugt, und jeder Bestandteil verschlechtert sich kaum.
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In jedem Elektrodenbaukörper gemäß den Beispielen 1 bis 3 und den Bezugsbeispielen 1 bis 3 ist zwischen der ersten Elektrode 18A und der zweiten Elektrode 18B ein Tragebauteil 106 angeordnet, um einen vorbestimmten Entladungsspalt 36 auszubilden. Es wurde die Verteilung des elektrischen Felds in jedem Elektrodenbaukörper untersucht. Die 3A und 4A sind Äquipotenziallinienabbildungen in einem Hauptteil von Beispiel 1. Die 3B und 4B sind Äquipotenziallinienabbildungen in einem Hauptteil von Bezugsbeispiel 1. 5A ist eine Äquipotenziallinienabbildung in einem Hauptteil von Beispiel 2, und 5B ist eine Äquipotenziallinienabbildung in einem Hauptteil von Bezugsbeispiel 2. Die 6A und 7A sind Äquipotenziallinienabbildungen in einem Hauptteil von Beispiel 3, und die 6B und 7B sind Äquipotenziallinienabbildungen in einem Hauptteil von Bezugsbeispiel 3.
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Wie in 3A gezeigt ist, ähnelt der Elektrodenbaukörper des Beispiels 1 dem Elektrodenbaukörper 10. Das Tragebauteil 106 befindet sich zwischen einer Position, die der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A entspricht, und einer Position, die der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A entspricht, auf den Außenumfängen des ersten isolierenden Körpers 14A und des zweiten isolierenden Körpers 14B. Die Erläuterungen zum Aufbau um die anderen Endflächen des ersten isolierenden Körpers 14A und des zweiten isolierenden Körpers 14B herum werden in diesem Beispiel und in den folgenden Beispielen weggelassen.
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Wie in 5A gezeigt ist, ist die Achsenrichtungslänge des Tragebauteils 106 in dem Elektrodenbaukörper des Beispiels 2 länger als die Achsenrichtungslänge des Tragebauteils 106 in dem Elektrodenbaukörper des Beispiels 1. Die andere Endfläche des Tragebauteils 106 liegt näher an der anderen Seite als die eine Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A. Wie in 6A gezeigt ist, ist die Achsenrichtungslänge des Tragebauteils 106 in dem Elektrodenbaukörper des Beispiels 3 kürzer als die Achsenrichtungslänge des Tragebauteils 106 in dem Elektrodenbaukörper des Beispiels 1.
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Wie in 3B gezeigt ist, ist in dem Elektrodenbaukörper des Bezugsbeispiels 1 zwischen der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A und der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A im ersten hohlen Abschnitt 12A der ersten Elektrode 18A ein isolierendes Material 108 eingefügt, das eine Dielektrizitätskonstante hat, die gleich der des ersten isolierenden Körpers 14A ist. Somit wird ein fester Aufbau ausgebildet.
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Wie in 5B gezeigt ist, hat der Elektrodenbaukörper des Bezugsbeispiels 2 einen festen Aufbau, der dem des Bezugsbeispiels 1 ähnelt, und ein Tragebauteil 106, das dem Tragebauteil 106 des Beispiels 2 ähnelt.
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Wie in 6B gezeigt ist, hat der Elektrodenbaukörper des Bezugsbeispiels 3 einen festen Aufbau, der dem des Bezugsbeispiels 1 ähnelt, und ein Tragebauteil 106, das dem Tragebauteil 106 des Beispiels 3 ähnelt.
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Beim Vergleich des Beispiels 1 und des Bezugsbeispiels 1 ist, wie in den 3A bis 4B gezeigt ist, die elektrische Feldstärke im Beispiel 1 an der Grenze zwischen dem Tragebauteil 106 und dem ersten isolierenden Körper 14A und der Grenze zwischen dem Tragebauteil 106 und dem zweiten isolierenden Körper 14B geringer als im Bezugsbeispiel 1.
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Beim Vergleich des Beispiels 2 und des Bezugsbeispiels 2 ist, wie in den 5A und 5B gezeigt ist, die elektrische Feldstärke im Beispiel 2 an der Grenze zwischen dem Tragebauteil 106 und dem ersten isolierenden Körper 14A und der Grenze zwischen dem Tragebauteil 106 und dem zweiten isolierenden Körper 14B geringer als im Bezugsbeispiel 2.
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Beim Vergleich des Beispiels 3 und des Bezugsbeispiels 3 ist, wie in den 6A bis 7B gezeigt ist, die elektrische Feldstärke im Beispiel 3 an der Grenze zwischen dem Tragebauteil 106 und dem ersten isolierenden Körper 14A und der Grenze zwischen dem Tragebauteil 106 und dem zweiten isolierenden Körper 14B geringer als im Bezugsbeispiel 3.
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Darüber hinaus ist die elektrische Feldstärke beim Vergleich der Beispiele 1 bis 3 an der Grenze zwischen dem Tragebauteil 106 und dem ersten isolierenden Körper 14A und der Grenze zwischen dem Tragebauteil 106 und dem zweiten isolierenden Körper 14B im Beispiel 3 am geringsten und erhöht sich in der Reihenfolge Beispiel 3, Beispiel 1 und Beispiel 2.
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Wie aus den Ergebnissen hervorgeht, ist es vorzuziehen, dass sich die Halterung oder das Tragebauteil auf den Außenumfängen des ersten isolierenden Körpers 14A und des zweiten isolierenden Körpers 14B zwischen einer Position, die der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A entspricht, und einer Position, die der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A entspricht, befindet.
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Wie oben beschrieben wurde, kann der Elektrodenbaukörper 10 dieses Ausführungsbeispiels die folgenden vorteilhaften Wirkungen erreichen:
- (1) Es ist kein Dichtmittel wie das Harz oder dergleichen erforderlich.
- (2) Es ist kein Abdichtschritt erforderlich, wodurch die Montagezeit verkürzt werden kann.
- (3) Es ist keine Dichtmittelaushärtezeit erforderlich.
- (4) Es kann mit verbesserter Zuverlässigkeit eine Verschlechterung einer isolierenden Oberfläche (einer Kriechstromfläche) zwischen dem ersten leitenden Körper 16A und dem zweiten leitenden Körper 16B verhindert werden.
- (5) Wie oben beschrieben wurde, ist keine Berücksichtigung der Wärmeausdehnungskoeffizientendifferenz erforderlich, wodurch die Gestaltungsmöglichkeiten erweitert werden können und der Elektrodenbaukörper 10 in einem größeren Temperaturbereich verwendet werden kann.
- (6) Die Kriechstromstrecke zum Ausbilden des Entladungsspalts 36 kann reduziert werden, wodurch der Elektrodenbaukörper 10 eine kleine Größe haben kann.
- (7) Die elektrische Feldstärke kann in einem Abschnitt, der von der Halterung oder dem Tragebauteil fixiert wird, gesenkt werden, wodurch der Aufbau der Halterung oder des Tragebauteils vereinfacht werden kann, und somit kann der Gesamtaufbau des Elektrodenbaukörpers 10 vereinfacht werden.
- (8) Der Elektrodenbaukörper 10 kann vorzugsweise nicht nur im Heimbereich, sondern auch in einem Fahrzeug verwendet werden.
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Unter Bezugnahme auf die 8A und 8B werden unten nun mehrere Abwandlungsbeispiele des Elektrodenbaukörpers 10 dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Wie in 8A gezeigt ist, ähnelt ein Elektrodenbaukörper 10A gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel dem Elektrodenstrukturköper 10 des obigen Ausführungsbeispiels und unterscheidet sich von dem Elektrodenbaukörper 10 folgendermaßen.
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Im ersten hohlen Abschnitt 12A der ersten Elektrode 18A ist zwischen der einen Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A und der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A ein isolierendes Material 110 vorhanden, welches eine geringere Dielektrizitätskonstante als der erste isolierende Körper 14A hat. Entsprechend ist im zweiten hohlen Abschnitt 12B der zweiten Elektrode 18B zwischen der anderen Endfläche 26Bb des zweiten leitenden Stabs 24B und der anderen Endfläche 28Bb des zweiten isolierenden Körpers 14B ein isolierendes Material 110 vorhanden, welches eine geringere Dielektrizitätskonstante als der zweite isolierende Körper 14B hat.
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Wie in 8B gezeigt ist, ähnelt ein Elektrodenbaukörper 10B gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel dem Elektrodenbaukörper 10 des obigen Ausführungsbeispiels und unterscheidet sich von dem Elektrodenbaukörper 10 hinsichtlich des Gleichstrombauartaufbaus. In der zweiten Elektrode 18B stimmt die andere Endfläche 26Bb des zweiten leitenden Stabs 24B mit der anderen Endfläche 28Bb des zweiten isolierenden Körpers 14B überein.
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Unter Bezugnahme auf die 9 bis 12C werden unten nun zwei Verfahren (ein erstes Herstellungsverfahren und ein zweites Herstellungsverfahren) zur Herstellung einer typischen ersten Elektrode 18A in dem Elektrodenbaukörper 10 beschrieben.
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– Erstes Herstellungsverfahren –
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Wie in den 9 bis 10D gezeigt ist, enthält das erste Herstellungsverfahren einen Grünkörperfertigungsschritt S1, in dem ein Grünkörper 122 (siehe 10A) angefertigt wird, aus dem der erste isolierende Körper 14A ausgebildet wird, wobei der Grünkörper 122 einen hohlen Abschnitt 120 hat, einen Fertigungsschritt für einen vorgebrannten Körper S2, in dem der Grünkörper 122 entfettet und vorgebrannt wird, um einen vorgebrannten Körper 126 mit einem hohlen Abschnitt 124 (siehe 10B) anzufertigen, einen Einführschritt für einen leitenden Körper S3, in dem der erste leitende Stab 24A in den hohlen Abschnitt 124 im vorgebrannten Körper 126 eingeführt wird, und einen Brenn-/Integrationsschritt S4, in dem der vorgebrannte Körper 126 zusammen mit dem darin eingeführten ersten leitenden Stab 24A gebrannt wird, um die erste Elektrode 18A (siehe 10D) herzustellen.
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In dem Grünkörperfertigungsschritt S1 wird ein Ausgangsmaterialschlicker geformt und fest werden gelassen, um den Grünkörper 122 anzufertigen. Der Ausgangsmaterialschlicker enthält ein Ausgangsmaterialpulver, ein Dispersionsmedium und ein organisches Bindemittel. Außerdem kann der Ausgangsmaterialschlicker bei Bedarf eine Dispersionshilfe und einen Katalysator enthalten. Und zwar kann das Ausgangsmaterialpulver ein Pulver aus einer Keramik sein, die ein oder mehr Elemente enthält, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Barium, Bismut, Titan, Zink, Aluminium, Silicium, Magnesium und Neodym besteht. Das Dispersionsmedium kann ein Gemisch aus einem aliphatischen mehrwertigen Ester und einem polybasischen Säureester oder ein Ethylenglykol sein. Das organische Bindemittel kann ein Geliermittel oder dergleichen sein. Falls der Grünkörper 122 zum Beispiel die Extrusionsform mit dem hohlen Abschnitt 120 (Durchgangsloch) hat, die in 10A gezeigt ist, kann das organische Bindemittel eine andere Substanz als das Geliermittel sein (d. h. eine Substanz, die nicht durch eine chemische Reaktion aushärtet, sondern nur durch Trocknen). Falls der Grünkörper 122 eine andere Form als die Extrusionsform hat, kann natürlich vorzugsweise das Geliermittel verwendet werden. In diesem Fall kann das Geliermittel eine Substanz enthalten, die durch eine Aushärtungsreaktion (eine chemische Reaktion wie eine Urethanreaktion) aushärtet. Zum Beispiel kann das Geliermittel eine Kombination aus einem modifizierten Polymethylenpolyphenylpolyisocyanat und einem Polyol enthalten. Das Dispersionsmedium kann ein Gemisch eines dibasischen Säureesters sein. Das Dispersionsmittel kann ein Copolymer auf Polycarbonsäurebasis sein. Der Katalysator kann ein tertiäres Amin sein, und spezifische Beispiele davon schließen 6-Dimethylamino-1-hexanol oder dergleichen ein.
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Bei Anfertigung des Grünkörpers 122, der die Extrusionsform mit dem Durchgangsloch hat, das als der hohle Abschnitt 120 ausgebildet ist, kann der Ausgangsmaterialschlicker zum Beispiel vorzugsweise durch Extrusionsformen geformt werden. Der Innendurchmesser Da des hohlen Abschnitts 120 im Grünkörper 122 ist etwas größer als der Außendurchmesser Dc des ersten leitenden Stabs 24A (siehe 10C), wodurch der erste leitende Stab 24A später leicht eingeführt werden kann.
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Bei Verwendung des Extrusionsformens wird ein langer Körper, der aus dem Extruder extrudiert wird, in die Grünkörper 122 geschnitten, die eine vorbestimmte Länge haben, und anschließend werden die geschnittenen Grünkörper 122 entfettet und vorgebrannt. Alternativ wird ein langer Körper, der aus dem Extruder extrudiert wurde, entfettet und vorgebrannt, während er in die Grünkörper 122 geschnitten wird, die eine vorbestimmte Länge haben. Daher können die Schritte kontinuierlich durchgeführt werden, sodass sich die Produktivität verbessert.
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Bei Verwendung des Geliermittels in dem organischen Bindemittel kann der Ausgangsmaterialschlicker natürlich unter Verwendung einer Form geformt werden, die einen Formhohlraum hat, der dem zylinderförmigen (rohrförmigen) ersten isolierenden Körper 14A entspricht. In diesem Fall wird der Formhohlraum der Form mit dem Ausgangsmaterialschlicker gefüllt, wodurch der Ausgangsmaterialschlicker in eine Form geformt wird, die der zylinderförmigen (rohrförmigen) Form des ersten isolierenden Köpers 14A entspricht. Der geformte Ausgangsmaterialschlicker wird über die Aushärtungsreaktion des Geliermittels fest. Danach wird der fest gewordene Schlicker von der Form getrennt (entformt) und dann entfettet und vorgebrannt. Dieser Prozess, der das Formen des Ausgangsmaterialschlickers, der das Ausgangsmaterialpulver, das Dispersionsmedium und das Geliermittel enthält, und das Festwerdenlassen des geformten Schlickers enthält, um dadurch über die Aushärtungsreaktion des Geliermittels den Grünkörper 122 anzufertigen, ist als "Gelcasting"-Prozess bekannt.
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In dem Fertigungsschritt für den vorgebrannten Körper S2 wird der Grünkörper 122 entfettet und dann vorgebrannt. Das Entfetten ist eine Behandlung, um aus dem Grünkörper 122 durch Brennen einen organischen Bestandteil wie ein Bindemittel zu entfernen. Der Grünkörper 122 wird durch die Entfernung des Bindemittels vorübergehend brüchig. Das Vorbrennen ist eine Behandlung, um den brüchigen Grünkörper 122 in einem gewissen Ausmaß zu sintern, um den vorgebrannten Körper 126 zu erzielen, der fest genug ist, um gehandhabt zu werden. Der vorgebrannte Körper 126 wird im Übrigen nicht in einen ausreichend gesinterten Zustand gebracht, sodass keine deutliche Brennschrumpfung auftritt. Genauer gesagt wird der Grünkörper 122 zum Beispiel 1 bis 8 Stunden lang bei einer Temperatur von 400°C bis 800°C in einer Luftatmosphäre vorgebrannt. Angesichts der Handhabung im folgenden Schritt wird die Temperatur erhöht, bis die Brennbehandlung in einem solchen Ausmaß fortgeschritten ist, dass der Grünkörper 122 eine solche ausreichende Festigkeit haben kann (d. h. der vorgebrannte Körper 126 wird erzielt). Wie zuvor beschrieben wurde, wird der vorgebrannte Körper 126 durch das Sintern in diesem Schritt nicht deutlich geschrumpft. Daher ist der Innendurchmesser Db des hohlen Abschnitts 124 im vorgebrannten Körper 126 ungefähr gleich dem Innendurchmesser Da des hohlen Abschnitts 120 im Grünkörper 122, und der erste leitende Stab 24A kann leicht darin eingeführt werden.
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In dem Einführschritt für den leitenden Körper S3 wird, wie in 10C gezeigt ist, in den hohlen Abschnitt 124 in dem auf diese Weise angefertigten vorgebrannten Körper 126 der feste erste leitende Stab 24A an sich eingeführt. Der erste leitende Stab 24A ist in 10C zwar in der Mitte des hohlen Abschnitts 124 platziert, doch kann der erste leitende Stab 24A während oder nach dem Einführen des ersten leitenden Stabs 24A in Teilkontakt mit der Innenwandfläche des hohlen Abschnitts 124 gebracht werden. Der erste leitende Stab 24A wird auf eine solche Weise eingeführt, dass die eine Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A die eine Endfläche 126a des vorgebrannten Körpers 126 nicht erreicht und innerhalb des hohlen Abschnitts 124 positioniert ist.
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Der vorgebrannte Körper 126 besitzt Steifheit. Daher kann der erste leitende Stab 24A leicht in den hohlen Abschnitt 124 im vorgebrannten Körper 126 eingeführt werden und der vorgebrannte Körper 126 kann leicht gehandhabt werden. Somit kann der erste leitende Stab 24A unter Verwendung eines Roboters oder dergleichen automatisch eingeführt werden, während der vorgebrannte Körper 126 transportiert wird. Zum Beispiel kann der erste leitende Stab 24A ein zylinderförmiger Feststoff sein, der aus Metall oder einem Hartstoffmaterial besteht, das Molybdän oder eine Molybdänlegierung enthält. In dem folgenden Brennschritt wird der vorgebrannte Körper 126 einer Brennschrumpfung unterzogen, während der erste leitende Stab 24A durch das Brennen nicht geschrumpft wird. Somit wird der Außendurchmesser Dc des ersten leitenden Stabs 24A so eingestellt, dass er um den Betrag der Brennschrumpfung des vorgebrannten Körpers 126 kleiner als der Innendurchmesser Db des hohlen Abschnitts 124 (Durchgangsloch) im vorgebrannten Körper 126 (siehe 10C) ist. Wenn nur der Grünkörper 122 gebrannt würde, hätte der sich ergebende Körper einen bestimmten Innendurchmesser. Ist der Außendurchmesser Dc des ersten leitenden Stabs 24A etwas (genauer um mehr als 0 µm und höchstens 10 µm) größer als der bestimmte Innendurchmesser, können der erste leitende Stab 24A und der vorgebrannte Körper 126 mit verbesserter Haftung integriert werden.
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In dem Brenn-/Integrationsschritt S4 wird der vorgebrannte Körper 126 zusammen mit dem darin eingeführten ersten leitenden Stab 24A gebrannt. Zum Beispiel erfolgt das Brennen in einer sauerstofffreien Atmosphäre (etwa einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre). Die sauerstofffreie Atmosphäre ist nicht auf eine Atmosphäre beschränkt, die vollständig sauerstofffrei ist, und sie kann zum Beispiel eine der folgenden Atmosphären (a) oder (b) sein:
- (a) eine Atmosphäre, für die durch Einführen von Stickstoff oder Argon in einen Brennofen gesorgt wird, während Luft aus dem Brennofen abgeführt wird, um die Luft durch den Stickstoff oder das Argon zu ersetzen; oder
- (b) eine Atmosphäre, für die durch Einführen von Stickstoff oder Argon in den Brennofen gesorgt wird, nachdem der Brennofen evakuiert wurde.
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In dem Brenn-/Integrationsschritt beträgt die Brenntemperatur 900°C bis 1600°C, vorzugsweise 900°C bis 1050°C. Wenn die Brenntemperatur innerhalb des bevorzugten Bereichs liegt, kann der Auswahlbereich für das Material des leitenden Körpers vergrößert werden. Falls zum Beispiel ein Aluminiumoxid als Material für den isolierenden Körper verwendet wird, beträgt die Obergrenze der Brenntemperatur 1600°C. Die Brenndauer beträgt 1 bis 10 Stunden.
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Die Brennbehandlung kann durchgeführt werden, während eine Atmosphäre aufrechterhalten wird, die eine geringe Menge Sauerstoff enthält. Falls das Brennen jedoch wie oben beschrieben in der sauerstofffreien Atmosphäre erfolgt, ist es nicht notwendig, die Atmosphäre, die eine geringe Menge Sauerstoff enthält, zu steuern, und der erste isolierende Körper 14A kann leicht gesintert werden, während eine Oxidation des ersten leitenden Stabs 24A verhindert wird.
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Der vorgebrannte Körper 126 wird durch das Brennen geschrumpft. Infolgedessen wird eine sogenannte Schrumpfpassung des ersten leitenden Stabs 24A erreicht. Somit werden der erste isolierende Körper 14A und der erste leitende Stab 24A fest verbunden und miteinander integriert. Folglich wird die erste Elektrode 18A hergestellt, die den ersten leitenden Stab 24A enthält, der im ersten hohlen Abschnitt 12A des ersten isolierenden Körpers 14A eingebettet ist. Die eine Endfläche 26Aa des ersten leitenden Stabs 24A ist innerhalb des ersten hohlen Abschnitts 12A in einem Abstand von der einen Endfläche 28Aa des ersten isolierenden Körpers 14A positioniert. Die zweite Elektrode 18B kann auf die gleiche Weise hergestellt werden.
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An der Grenzfläche zwischen dem ersten isolierenden Körper 14A und dem ersten leitenden Stab 24A kann eine Zwischenschicht ausgebildet sein, die einen Hauptbestandteil (etwa Molybdän) des ersten leitenden Stabs 24A enthält. Die Zwischenschicht wird bei der Brennbehandlung aufgrund von Diffusion des Hauptbestandteils des ersten leitenden Stabs 24A in den ersten isolierenden Körper 14A ausgebildet. Der erste isolierende Körper 14A auf dem ersten leitenden Stab 24A hat im Inneren keine Pore mit einer Größe von 50 µm oder mehr. Hat der erste isolierende Körper 14A einen relativ hohen Prozentanteil an Porosität, kann es rasch zu einem Durchschlag aufgrund einer Spannung kommen, die auf die Keramik aufgebracht wird. Hat der erste isolierende Körper 14A lediglich eine geschlossene Pore, die eine Größe von 50 µm hat, kann der Durchschlag von der geschlossenen Pore ausgehen, und es kann ein Lichtbogenplasma erzeugt werden, das die Keramik schmilzt. Es ist ideal, wenn der erste isolierende Körper 14A keine solchen geschlossenen Poren hat. Es ist vorzuziehen, dass alle geschlossenen Poren, die in dem Material verteilt sind, einen Durchmesser von weniger als 10 µm haben.
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– Zweites Herstellungsverfahren –
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Wie in den 11 bis 12C gezeigt ist, enthält das zweite Herstellungsverfahren einen Grünkörperfertigungsschritt S11, in dem ein Grünkörper 122 (siehe 12A) angefertigt wird, aus dem der erste isolierende Körper 14A ausgebildet wird, wobei der Grünkörper 122 einen hohlen Abschnitt 120 hat, einen Einführschritt für einen leitenden Körper S12, in dem der erste leitende Stab 24A in den hohlen Abschnitt 120 im Grünkörper 122 eingeführt wird, und einen Brenn-/Integrationsschritt S13, in dem der Grünkörper 122 zusammen mit dem darin eingeführten ersten leitenden Stab 24A gebrannt wird, um die erste Elektrode 18A herzustellen.
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In dem Grünkörperfertigungsschritt S11 wird der Ausgangsmaterialschlicker geformt und fest werden gelassen, um auf die gleiche Weise wie im Grünkörperfertigungsschritt S1 im ersten Herstellungsverfahren den in 12A gezeigten Grünkörper 122 anzufertigen.
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In dem Einführschritt für einen leitenden Körper S12, wird der feste erste leitende Stab 24A, wie in 12B gezeigt ist, in den hohlen Abschnitt 120 im angefertigten Grünkörper 122 eingeführt. Der erste leitende Stab 24A ist in 12B zwar in der Mitte des hohlen Abschnitts 120 platziert, doch kann der erste leitende Stab 24A während oder nach dem Einführen des ersten leitenden Stabs 24A in Teilkontakt mit der Innenwandfläche des hohlen Abschnitts 120 gebracht werden. In dem folgenden Brennschritt unterliegt der Grünkörper 122 einer Brennschrumpfung, während der erste leitende Stab 24A durch das Brennen nicht geschrumpft wird. Somit wird der Außendurchmesser Dc des ersten leitenden Stabs 24A so eingestellt, dass er um den Betrag der Brennschrumpfung des Grünkörpers 122 kleiner als der Innendurchmesser Da des hohlen Abschnitts 120 (Durchgangsloch) im Grünkörper 122 ist. Wenn nur der Grünkörper 122 gebrannt würde, hätte der sich ergebende Körper einen bestimmten Innendurchmesser. Ist der Außendurchmesser Dc des ersten leitenden Stabs 24A etwas (genauer um mehr als 0 µm und höchstens 10 µm) größer als der bestimmte Innendurchmesser, können die Bestandteile mit verbesserter Haftung integriert werden.
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In dem Brenn-/Integrationsschritt S13 wird der Grünkörper 122 zusammen mit dem darin eingeführten ersten leitenden Stab 24A gebrannt. Zum Beispiel erfolgt das Brennen 1 bis 20 Stunden lang bei einer Temperatur von 900°C bis 1600°C (vorzugsweise 900°C bis 1050°C) in einer schwach oxidierenden Atmosphäre (einer Atmosphäre mit einem geringen Sauerstoffpartialdruck), die ein Inertgas wie ein befeuchtetes Stickstoff- oder Argongas enthält. Die Befeuchtung wird erreicht, indem das Inertgas in Wasser sprudeln gelassen wird, das eine Temperatur von 10°C bis 80°C hat. Das Brennen wird aus den folgenden Gründen in der schwach oxidierenden Atmosphäre durchgeführt:
- (1) Ein gewisses Niveau an oxidierender Atmosphäre ist zum Brennen und Entfernen des Geliermittels erforderlich.
- (2) Der Sauerstoffpartialdruck in der oxidierenden Atmosphäre muss klein sein, um eine übermäßige Oxidation des ersten leitenden Stabs 24A zu verhindern.
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Beim obigen Brennen unterliegt der Grünkörper 122 einer Brennschrumpfung. Infolgedessen wird eine sogenannte Schrumpfpassung des ersten leitenden Stabs 24A erreicht. Somit werden der erste isolierende Körper 14A und der erste leitende Stab 24A fest verbunden und miteinander integriert.
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Bei den ersten und zweiten Herstellungsverfahren kann ein Submikron-Ausgangsmaterialpulver verwendet werden und recht gleichmäßig in dem Grünkörper 122 verteilt werden, falls in den Grünkörperfertigungsschritten S1 und S11 der Gelcasting-Prozess verwendet wird. Daher kann die Brennschrumpfungsrate höchst präzise gesteuert werden, und es kann ohne Fehler ein dichter Sinterkörper (der erste isolierende Körper 14A) angefertigt werden. Die Dichtheit hat die Wirkung, die Spannungsfestigkeit der Elektrode zu verbessern.
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Um die erste Elektrode 18A herzustellen, kann anstelle der obigen Verfahren ein Verfahren verwendet werden, das die Schritte getrenntes Anfertigen des ersten leitenden Stabs 24A und des ersten isolierenden Körpers 14A, Einführen des ersten leitenden Stabs 24A in den ersten hohlen Abschnitt 12A des ersten isolierenden Körpers 14A und Zusammenfügen der Bestandteile mit einem Harz oder dergleichen enthält. Alternativ kann ein Verfahren verwendet werden, das das Befüllen des ersten hohlen Abschnitts 12A des ersten isolierenden Körpers 14A mit einer leitenden Paste enthält. Allerdings kann das Produkt beim erstgenannten Verfahren bei hoher Temperatur wegen der Wärmebeständigkeit des Harzes keine ausreichende Haltbarkeit zeigen. Im letztgenannten Verfahren ist es schwierig, einen dichten leitenden Körper auszubilden, und häufig wird eine anormale elektrische Entladung erzeugt.
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Daher ist es vorzuziehen, dass der erste leitende Stab 24A in den hohlen Abschnitt 124 des vorgebrannten Körpers 126 eingeführt wird und der vorgebrannte Körper 126 und der erste leitende Stab 24A dann durch Brennen wie in den obigen ersten und zweiten Herstellungsverfahren direkt miteinander integriert werden. Die zweite Elektrode 18B wird vorzugsweise auf die gleiche Weise hergestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 08-185955 A [0002, 0003, 0005, 0007]
- WO 2008/108331 A [0002, 0006]
- WO 2008/108331 [0004]
- WO 2008108331 A [0007]
