JP2001294406A

JP2001294406A - オゾン発生装置およびその製造方法

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Publication number: JP2001294406A
Application number: JP2000107589A
Authority: JP
Inventors: Noboru Wada; 昇和田; Masaki Kuzumoto; 昌樹葛本; Koji Ota; 幸治太田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2001-10-23
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: JP4260335B2

Abstract

(57)【要約】【課題】過度なコスト上昇を抑制し、高精度に放電空
隙長を形成することにより、低コストでコンパクトな高
効率なオゾン発生装置を提供する。【解決手段】放電空隙長設定値が０．２ｍｍ以下の大
きさである対向電極を有するオゾン発生装置において、
放電空隙長の精度を決定する要因の一つである電極加工
精度（平面度公差、平行度公差）を要求されるオゾン発
生効率から最適化し、また誘電体を金属製電極を構成す
る基体金属上に直接的に形成する単純な構造とすること
で、低コスト化、コンパクト化が可能なオゾン発生装置
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、オゾンを高効率
に発生させることができるオゾン発生装置およびその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、例えばオゾナイザハンドブッ
ク（２４９頁、図３．１、コロナ社、昭和３５年６月１
５日発行）に示された平板型オゾン発生装置の断面図で
ある。図において１０１は圧力容器、１０２は高圧端
子、１０４は接地側電極、１０５は誘電体、１０６は高
電圧側電極、１０７は放電空間を形成するためのスペー
サ、１０８は放電空間、１１０はオゾン化ガス出口、１
１１は原料ガス入口、１１２は電源である。

【０００３】次に動作について説明する。酸素を含む原
料ガスが原料ガス入口１１１より圧力容器１０１内に導
入され、接地側電極１０４、誘電体１０５および高電圧
側電極１０６により形成された放電空間１０８に流入す
る。文献には記載されていないが、相対向する誘電体１
０５の間には絶縁性のスペーサ１０７がガスの流入を妨
げないように挿入され、放電空間１０８の空隙長を一定
に維持している。誘電体１０５には放電空間１０８と逆
の面に導電層が形成されており、この導電層により金属
製の接地側電極１０４および高電圧側電極１０６が接
触、導通している。

【０００４】相対向して配置される接地側電極１０４と
高電圧側電極１０６に交流高電圧を印加することにより
放電空間１０８に無声放電が発生し、両電極周囲から放
電空間１０８に供給された原料ガスは、放電空間１０８
を通過する際に一部がオゾンとなる。このようにして生
成されたオゾン化ガスは電極中央部のオゾン化ガス出口
１１０に流入し、そこから外部に取り出される。なお、
放電空間１０８におけるガス温度の上昇を抑制するため
に、接地側電極１０４および高電圧電極１０６は各々中
空となっており、水冷できる構造となっている。

【０００５】以上のようなタイプのオゾン発生装置の誘
電体１０５上に形成される導電層は、金属蒸着やメタラ
イズ、スクリーン印刷などにより薄膜として形成され
る。図１１の場合は、例えば、誘電体１０５と高電圧側
電極１０６を導電層を介して接触させ、高電圧を給電し
ている。単純な接触により給電を行っているために電気
的な損失は避けられない。また、薄膜であるために誘電
体１０５からの剥離の可能性もある。さらに誘電体１０
５はその外周部が剥き出しになっており、また、独立し
た一部品となっているために、メインテナンス性が悪
く、破損の可能性が大きい。

【０００６】当然ながら、直接誘電体上に導電層を形成
し、高電圧を給電する方法もあるが、この場合、接地側
電極または高電圧側電極のどちらか一方の電極のみしか
冷却できないため、放電空間の冷却効率が図１１の場合
に比べ低下する。放電空間の冷却効率は装置のコンパク
ト化に大きな影響を持っているため、冷却効率の低下は
オゾン発生装置の低コスト、コンパクト化には不都合で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような構造のオ
ゾン発生装置において、誘電体への高電圧給電部分であ
る導電層は、形成方法自体にコストがかかる、歩留まり
が悪いなどの問題点があった。特に半導体用途などへの
クリーンなオゾンを供給する必要が有る場合、導電層粉
末がガス中に混入する可能性が大きい。さらに、装置の
アセンブリの面からすると、ガラスやセラミクスによる
誘電体が独立した部品として存在するのは、破損および
部品点数の増大の可能性があることから避けるべき点で
ある。

【０００８】このような導電層を廃止し、理想的な給電
を行う、さらには誘電体膜を独立部品とせず、破損の可
能性を消滅させるには金属製電極を構成する基体金属上
に誘電体を一体化するように形成し、給電は金属製電極
から行う方法が極めて有効である。例えば、プレートま
たはシート状の誘電体を接着したり、ゾルゲル法および
溶射などにより直接誘電体を基体金属上に形成する方法
がある。このような方法によると、誘電体と給電部材と
なる基体金属が理想的に接触密着し、効率的な給電が実
現でき、また、それぞれ単一で独立していた電極と誘電
体膜が一体化されることにより部品点数の削減が実行で
きる。さらに、図１１と同様に接地側電極および高電圧
側電極の両者の冷却が可能で、効率的な放電空間の冷却
ができ、オゾン発生装置をコンパクト化できる。

【０００９】しかし、この場合、誘電体は基体金属と一
体化しているために剛体と見なすべきであり、対向電極
も金属製で剛体であるために、剛体と剛体の接触によ
り、放電空間を形成することになる。従来のオゾン発生
装置であれば、対向電極間の距離に相当する寸法である
放電空隙長は１ｍｍ程度と比較的大きく、形成が困難で
はなく、仮にそれ以下の放電空隙長であっても誘電体が
独立部品であったために、その弾性を利用することがで
きるために放電空隙長の形成が容易であった。現在で
は、オゾン発生装置のコンパクト化やオゾン発生効率の
向上が望まれるとともに、この放電空隙長は一桁小さい
０．１ｍｍレベルの極短放電空隙長となっており、それ
を剛体間接触により高精度に形成することは極めて困難
と考えられていた。

【００１０】剛体間接触による極短放電空隙長の高精度
形成は、放電空間を形成する要素部品すべてが極めて高
精度に加工され、組立を行えば実現できる。しかし、事
実上、構成部品すべての平面度公差、平行度公差および
直角度公差などを完全に所望のオーダーに揃えて高精度
に加工する（各部材においては数値制御工作が発展して
いる現在では十分可能である）ことは困難であり、また
膨大なコストが必要になる。その反面、加工の公差域を
わずかに拡大するだけでもコストは大きく変化する領域
でもある。そのため、要求されるオゾン発生効率に対し
て、放電空隙長の形成に係わる部材の加工の観点から見
た最適な放電空隙長の選定とその精度、つまり電極の加
工精度を決定し、過度な高精度加工によるコスト上昇を
抑制する必要がある。

【００１１】なお、上述の平面度公差とは、公差域だけ
離れた二つの平行平面内に対象平面が存在するための指
針であり、平行度公差とは、ある基準面に対して、その
基準面と平行でかつ公差域だけ離れた二つの平面に対象
平面が存在するための指針である。また、直角度公差と
は、ある基準直線に直角で、公差域だけ離れた二つの平
行平面に対象平面が存在するための指針である。

【００１２】以上のような問題点を解消すべく、この発
明は、オゾン発生装置に代表される無声放電式放電機器
の誘電体を基体金属と一体化して金属製電極を形成し、
理想的な高電圧給電、大幅な部品点数の削減と装置のコ
ンパクト化、装置アセンブリの容易化およびコスト低減
を実現するものである。さらに、一体化された誘電体と
対向電極の剛体間接触による極短放電空隙長を高精度に
しかも適正コストにて実現するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明によるオゾン発
生装置は、相対向する二つの金属製電極間に酸素を含む
ガスを供給して交流高電圧を印加しオゾンを生成する装
置であり、上記金属製電極間の放電空隙長設定値が０.
２ｍｍ以下であり、上記金属製電極の対向電極面の平面
度公差が上記放電空隙長設定値の４０％以下好ましくは
３０％以下であると共に、上記金属製電極の相対向する
対向電極面間の平行度公差が上記放電空隙長設定値の４
０％以下好ましくは３０％以下であるものである。

【００１４】また、この発明によるオゾン発生装置は、
上記のような構成において、金属製電極が複数個積層さ
れてなる電極群が、少なくとも一方が弾性体を備えた２
個のシールフランジによって締め付けられ、固定される
ものである。

【００１５】さらに、この発明によるオゾン発生装置
は、上記のような構成において、相対向する二つの金属
製電極のうち少なくとも一方の上記金属製電極は基体金
属とこの基体金属上に被着された誘電体膜によって構成
され、上記の相対向する二つの金属製電極をそれぞれ構
成する二つの基体金属および上記誘電体は中心に開口部
を有する円盤状に構成され、上記の二つの基体金属のう
ち接地側となる第一の基体金属、高電圧側となる第二の
基体金属、および上記誘電体膜の内径φＡ、φＢ、φＣ
および外径φＡ’、φＢ’、φＣ’が、（φＡ−φＢ）
×（φＡ’−φＢ’）＜０を満たし、かつ（φＡ−φ
Ｂ）＞０の場合はφＣ≦φＢ、φＣ’≧φＢ’、（φＡ
−φＢ）＜０の場合はφＣ≦φＡ、φＣ’≧Ａ’の関係
を満たすものである。

【００１６】また、この発明によるオゾン発生装置は、
上記のような構成において、相対向する二つの金属製電
極のうち少なくとも一方の上記金属製電極は基体金属と
この基体金属上に被着された誘電体膜によって構成さ
れ、上記誘電体は少なくとも３ｍｍ以上の上記基体金属
上に接着またはコーティングにより形成されたものであ
る。

【００１７】さらに、この発明によるオゾン発生装置
は、上記のような構成において、相対向する二つの金属
製電極のうち少なくとも一方の上記金属製電極は基体金
属とこの基体金属上に被着された誘電体膜によって構成
され、上記誘電体膜は少なくとも５ｍｍ以上の板厚の上
記基体金属上に溶射によって形成されたものである。

【００１８】また、この発明によるオゾン発生装置は、
上記のような構成において、溶射により金属製電極を構
成する基体金属上に形成された誘電体膜は、比誘電率が
５以上、絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上、誘電正接が２
％以下であるものである。

【００１９】さらに、この発明によるオゾン発生装置
は、上記のような構成において、溶射により金属製電極
を構成する基体金属上に形成された誘電体膜は、気孔率
が１０％以下であるものである。

【００２０】また、この発明によるオゾン発生装置の製
造方法は、金属製電極間の放電空隙長設定値を０. ２ｍ
ｍ以下とし、上記金属製電極の対向電極面の平面度公差
が上記放電空隙長設定値の４０％以下好ましくは３０％
以下に形成する工程、上記金属製電極の相対向する対向
電極面間の平行度公差が上記放電空隙長設定値の４０％
以下好ましくは３０％以下となるようにスペーサを介し
て上記金属製電極を積層する工程を含むものである。

【００２１】さらに、この発明によるオゾン発生装置の
製造方法は、相対向する二つの金属製電極のうち少なく
とも一方の上記金属製電極を、溶射または接着若しくは
コーティングによって基体金属上に誘電体を形成するこ
とによって得る工程を含むものである。

【００２２】また、この発明によるオゾン発生装置の製
造方法は、無機絶縁物からなる基材に熱硬化性樹脂を含
浸させたシート状接着層を誘電体と基体金属との間に挿
入してプレス機定盤に挟み、接着温度、プレス圧力、上
記誘電体と上記基体金属間の電荷量を制御しながらプレ
スして一体化することで表層が誘電体によって構成され
る金属製電極を得る工程を含むものである。

【００２３】さらに、この発明によるオゾン発生装置の
製造方法は、０級若しくは１級以上の精度を有するプレ
ス機定盤を用い、シート状接着層を介して重ね合わせた
誘電体と基体金属をプレスして一体化し金属製電極を得
る工程を含むものである。

【００２４】また、この発明によるオゾン発生装置の製
造方法は、シート状接着層を介して重ね合わせた誘電体
と基体金属を少なくとも１組以上積層してプレス機の熱
定盤間に挿入し、上記基体金属および上記誘電体を上記
熱定盤と同温度に加熱しながらプレスして一体化する工
程を含むものである。

【００２５】さらに、この発明によるオゾン発生装置の
製造方法は、シート状接着層にオゾン処理、紫外線処
理、コロナ放電処理、プラズマ処理のいずれかの処理ま
たはこれらを併用した処理を行った後に誘電体と基体金
属を一体化して金属製電極を得る工程を含むものであ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明に
おけるオゾン発生装置の断面を示すもので、図におい
て、２は電源１２からオゾン発生装置に交流高電圧を導
入するための高圧端子、３は発生したオゾン化ガスのオ
ゾン化ガス出口１０以外への流出を防ぐシールドと接地
側電極４、高電圧側電極６、スペーサ７および放電空間
８より構成されるオゾン発生部９の固定に作用する少な
くとも一方が弾性体を備えたシールフランジ、５は高電
圧側電極６を構成する基体金属（第二の基体金属に相
当）６ａの対向電極面側に形成された誘電体であり、基
体金属６ａと誘電体５によって高電圧側電極６が構成さ
れており、接地側電極４は基体金属（第一の基体金属に
相当）のみによって構成されている。なお、上記の接地
側電極４および高電圧側電極６は相対向する二つの金属
製電極に相当している。

【００２７】さらに、接地側電極４、高電圧側電極６は
少なくとも一方が表層に誘電体５を有する構造であれば
良く、他方は基体金属のみで構成されていても良い。ま
た接地側電極４および高電圧側電極６を構成する両方の
基体金属上に配置形成されていても良い。さらに、接地
側電極４と高電圧側電極６の対向電極間のスペースを放
電空間８とする。また、対向電極間の距離を放電空隙長
とする。この発明によるオゾン発生装置では、放電空隙
長の設定値は０．２ｍｍ以下の大きさとする。

【００２８】図１に示す例においては、オゾン発生部９
を構成する接地側電極４および高電圧側の基体金属６ａ
はステンレス合金、アルミニウム合金またはチタン合金
のいずれかの機械加工により製作された平板状電極、ま
たはＳＣＳ１３、ＡＣ４Ｃなどの鋳造用合金により製作
された平板状電極であり、中央部に円形の開口部を有す
る円盤状に形成されている。さらに、基体金属６ａの対
向電極面となる面上は、同じく円盤状の誘電体５が被着
されて高電圧側電極６が形成されている。上記のような
金属にて製作された両電極はスペーサ７を介して対向す
るように設置され、対向電極間に位置する空間が放電空
間８となり、両電極間に交流高電圧を印加することによ
りこの放電空間８にて無声放電が発生し、流入した原料
ガスからオゾン化ガスを生成する。

【００２９】放電空間８の放電空隙長は金属または絶縁
物により製作されたスペーサ７の厚みによりオーダーが
決定され、この発明においては０．２ｍｍ以下の極短放
電空隙長を実現した。また、上記の両電極を構成する基
体金属は中空構造となっており、その内部に冷却水を循
環させることにより、放電空間８を冷却している。放電
空隙長を極めて短くしているために、効率的な放電空間
の冷却が実現でき、装置自体の大きさをコンパクト化す
ることができる。

【００３０】上記のようなオゾン発生装置において放電
空間８は、剛体である金属製の接地側電極４と剛体とみ
なせる誘電体５と基体金属６ａが一体化された高電圧側
電極６の間にスペーサ７を挿入することにより形成され
ることは上述の通りであり、一方、誘電体５はバルク体
の接着または溶射などのコーティングにより皮膜として
基体金属６ａ上に形成されている。この発明のように両
電極が剛体となる場合において、特に放電空隙長が０．
２ｍｍ以下となる場合は、スペーサ７の厚みに加え、剛
体の平面度公差、平行度公差が放電空隙長の大きさに大
きな影響を及ぼすことになる。

【００３１】同一放電空間内での放電空隙長のばらつき
はオゾン発生効率に直接大きな影響を及ぼし、オゾン発
生装置の設計スペックを低下させる可能性を含んでい
る。従って、剛体と剛体の接触による放電空間の形成に
おいて、放電空隙長のばらつきを抑制し、同一空間内で
の放電空隙長を均一に実現するためには、金属製電極の
加工精度を高める必要がある。しかし、むやみに加工精
度を高めることは、製作コストの上昇を招くため、要求
されるオゾン発生効率に対して、加工精度の公差域が広
くなるような、つまり加工しやすい最適な放電空隙長を
決定し、過剰なコスト高を招かない電極を製作すること
が重要である。

【００３２】この発明におけるオゾン発生装置は、２本
以上の絶縁性支持軸に対して垂直にオゾン発生部９を構
成する。オゾン発生部９を固定する際に各々の電極が平
行となっている必要があるため、オゾン発生部９の各電
極は支持軸の中心軸に対して直角度公差を指定して組立
を行うのが効果的である。当然のことながら、複数の支
持軸は平行に備え付けられており、例えば、放電空隙長
を０．１ｍｍとした（スペーサ７の厚みが０．１ｍｍ）
場合においても、極めて高精度な組立ができた。このよ
うに支持軸を設置しなければ、電極を精度良く製作して
も所望の放電空隙長を得ることができなくなるため注意
が必要である。

【００３３】また、同様の電極を用い、放電空隙長を
０．０７５ｍｍとした場合も所定の直角度公差で十分に
精度の良い結果を得た。これらにより、ほぼ形成する放
電空隙長の３０％程度７９の直角度公差を支持軸と電極
間に持たせることが極めて効果的であることが判明し
た。極短放電空隙長を高精度に形成するためには、電極
の加工精度を議論する前に、まず、上記のような電極を
支持、固定する部材を精度良く製作、設置組立する必要
がある。この発明によるオゾン発生装置では、金属製電
極が複数個積層されてなる電極群を、少なくとも一方が
弾性体を備えた２個のシールフランジによって締め付け
固定するようにし、組立時の微妙な調節を可能にしてお
り、３０％以下の好ましい直角度公差を実現することが
できる。

【００３４】各電極表面の平面度公差および平行度公差
は形成する放電空隙長設定値の４０％以下好ましくは３
０％以下とするのが良い。図２に電極径がφ５００ｍｍ
の電極を用い、放電空隙長設定値ｄが０．０７５ｍｍお
よび０．１ｍｍの場合のオゾン発生特性を示す。なお、
誘電体５は溶射により基体金属６ａ上に皮膜として一体
形成し高電圧側電極６を形成した。縦軸はオゾン濃度、
横軸は放電電力／原料ガス流量を示し、原料ガス圧力Ｐ
が０．２５ＭＰａ、原料ガス流量Ｑが１００_Nｌ／ｍｉ
ｎの場合の結果である。

【００３５】なお、図において、○印が放電空隙長設定
値ｄが０．０７５ｍｍにおいて接地側電極および高電圧
側電極（誘電体膜を一体化した側）各々の平面度および
平行度公差が放電空隙長設定値の６０％以上の電極を用
いた場合、●印がｄが０．１ｍｍにおいて平面度および
平行度公差が放電空隙長設定値の３０％以下の電極を用
いた場合の結果を示す。また、波線がｄが０．０７５ｍ
ｍ、実線が０．１ｍｍの場合の理論計算結果である。放
電空隙長ｄが０．０７５ｍｍの実験結果は理論値に対し
て２０％程度低いオゾン発生効率であり、ｄが０．１ｍ
ｍの場合はほぼ理論値を満足しているのがわかる。

【００３６】ｄが０．０７５ｍｍの場合、電極加工公差
（平面度、平行度公差）が放電空隙長設定値の６０％以
上であるため、同一放電空間内に少なくとも放電空隙長
設定値の６０％以上にあたる放電空隙長差がある空間が
存在しており、また、複数の放電空間を比較しても、各
々の放電空隙長間に大きな差が生じていた。従って、放
電空隙長のばらつきにより放電入力特性およびオゾン発
生特性に大きな影響を与え、理論値から低下するような
結果を生じさせた。

【００３７】また、ｄが０．１ｍｍの場合は最大で放電
空隙長設定値の３０％にあたる放電空隙長差が生じたと
考えられるが、理論値を十分満足することからこの程度
のばらつきは大きな影響を与えるものではないことが分
かる。上記の結果より放電空隙長のばらつきが放電空隙
長設定値の４０％以下好ましくは３０％以下となるよう
な平面度、平行度公差を有する金属製電極を使用するこ
とが良い。

【００３８】さらにこの現象を数値的に解析する。放電
空間が放電空隙長設定値ｄの空間とｄ＋Δｄの空間の２
つの等部分により構成される（占有率ｒ＝０．５：放電
空隙長ｄ＋Δｄの空間の全放電空間に対する割合）と仮
定し、要求オゾン濃度をクリアできるΔｄの値を計算し
た。オゾン発生効率は理論値を用いている。例として電
極径がφ５００ｍｍ、原料ガス圧力Ｐが０．２５ＭＰ
ａ、放電電力密度Ｗ／Ｓ（Ｗ：放電電力、Ｓ：放電面
積）が４Ｗ／ｃｍ²（すべての電極を水冷した場合の定
格条件に相当する）、電源周波数１５．２ｋＨｚの条件
のものについて解析した。図３にＷ／Ｑ（Ｑ：原料ガス
流量）が１００Ｗ／（_Nｌ／ｍｉｎ）において放電空隙
長が０．２ｍｍ以下の場合のΔｄの変化分に対するオゾ
ン濃度の変化を示す。

【００３９】また、放電空隙長が０．１ｍｍ程度以下で
あるならば、各放電空隙長に対する放電電力はオゾン発
生装置に印加する電圧波高値に依存せず、ある一定の放
電電力比で与えられるが、０．１ｍｍ程度を越えると、
放電電力は電圧波高値に依存しだす。そのため、各印加
電圧波高値において、０．２ｍｍ以下の放電空隙長の放
電電力比を算出し（例えば、ある印加電圧波高値を加え
たときの放電空隙長０．１ｍｍの放電電力を１とした場
合の同じ印加電圧波高値を加えたときの他の放電空隙長
における放電電力の比を算出する）、放電空隙長ｄの空
間とｄ＋Δｄの空間の各々への放電電力分布を考慮する
こととした。

【００４０】例えば、上記条件において、放電空隙長
０．１ｍｍの場合、放電電力密度４Ｗ／ｃｍ²を投入す
るには、オゾン発生装置への印加電圧波高値は約６ｋＶ
となるため、Δｄの計算には、電圧波高値６ｋＶにおけ
る放電電力比を用いている。図において、縦軸はオゾン
濃度、横軸は放電空隙長の精度Δｄ（０ｍｍが設定放電
空隙長を示す）を示す。上記条件において要求オゾン濃
度が２００ｇ／_Nｍ³程度以上であるならば、放電空隙
長設定値ｄが±３０％以内の精度で十分性能は発揮され
る。

【００４１】つまり、装置組立の精度や電極以外の部材
の加工精度に多少のずれが生じると考えれば、電極の加
工公差域はできる限り３０％以内とする必要がある。ま
た、放電空隙長設定値ｄが０．０７５ｍｍの場合の精度
域は０．１ｍｍの場合よりも小さくなるため、０．１ｍ
ｍの方が都合が良い。また、ｄが０．１ｍｍを越える
と、この条件ではオゾン濃度２００ｇ／_Nｍ³を達成す
ること自体が困難となり不都合である。従って、Ｗ／Ｑ
が１００Ｗ／（_Nｌ／ｍｉｎ）でオゾン濃度２００ｇ／
_Nｍ³を高効率に得るためには放電空隙長が０．１ｍｍ
で精度域が±２５％以内に収まるよう電極を構成する。
つまり電極の平面度、平行度公差は少なくとも放電空隙
長値の２５％以内とする必要がある。

【００４２】また、図４に示すように、Ｗ／Ｑが１６５
Ｗ／（_Nｌ／ｍｉｎ）において、要求オゾン濃度が２５
０ｇ／_Nｍ³程度以上であるならば、上記と同様に考え
ると、放電空隙長設定値０．０７５ｍｍの場合は±２７
％以内、放電空隙長設定値０．１ｍｍの場合は±２０％
以内となるように電極を形成する必要がある。０．０７
５ｍｍ未満の放電空隙長設定値の場合は、０．１ｍｍの
場合よりも精度域が小さくなり、放電空隙長設定値が
０．１ｍｍを越えるとオゾン濃度２５０ｇ／_Nｍ ³をク
リアすることは困難となる。従って、この場合は放電空
隙長としては０．０７５ｍｍで精度域は、その±２７％
以内が最適と考えられる。つまり、電極の平面度、平行
度公差は少なくとも放電空隙長値の２７％以内とする必
要がある。

【００４３】さらに、図５に示すように、Ｗ／Ｑが３２
０Ｗ／（_Nｌ／ｍｉｎ）において、要求オゾン濃度が３
００ｇ／_Nｍ³程度以上であるならば、放電空隙長０．
０５０ｍｍで精度域がその４０％以内が最適となるた
め、電極の平面度、平行度公差は少なくとも放電空隙長
設定値の４０％以内にする必要がある。

【００４４】上記の例においては、ある一つの放電空間
内に放電空隙長がｄとｄ＋Δｄの２空間が存在すると仮
定し、放電空隙長ｄ＋Δｄとなる空間の全放電空間に対
する占有率ｒが０．５という最も厳しい条件において解
析した。ここで、図６に放電空隙長設定値ｄが０．１ｍ
ｍで、放電空隙長ｄ＋Δｄの空間の占有率ｒを変化させ
た場合のオゾン濃度の変化を示す。計算条件は上記と同
様である。図より明らかなように占有率ｒが減少するに
つれて、電極の公差域は当然広がっていくため、ここで
示した加工公差域より広い公差域に仕上げても要求オゾ
ン濃度を得ることができる場合もある。

【００４５】以上の実験と解析より、少なくとも形成す
る放電空隙長設定値の４０％以下好ましくは３０％以下
の平面度、平行度公差域に収まるように電極を加工すれ
ば良いことがわかった。例えば０．１ｍｍという放電空
隙長に対して３０％の公差域で十分所定の性能を得られ
ることがわかっていれば、電極表面をわざわざ鏡面仕上
げなどにする必要はなく、コストも激増せずに所定の性
能を発揮するオゾン発生装置を製作できるのである。

【００４６】しかし、以下の点は注意が必要である。特
に、電極の平行度公差は電極を積層する本発明のオゾン
発生装置においては極めて重要である。平面度公差が上
記に示した通りであっても、平行度公差が上記の値より
大きければ、積層数を増加するにしたがい、オゾン発生
効率は低下していくことが予想されるためである。以上
のように、要求オゾン濃度によりそれぞれ最適の放電空
隙長とその精度域、つまり電極の加工精度が存在する事
が明らかとなったことから、過度な高精度化を必要とせ
ず、適正コストにて電極を製作することができる。

【００４７】また、好ましくは、電極製作時の溶接の多
用を避け、溶接残留応力により経時的に電極に発生する
歪みを抑制することがさらに効果的である。この発明に
おいては、電極の中央部がオゾン化ガス出口１０となっ
ているため、特にこの部分が歪み、放電空隙長を増大さ
せることは、ガス温度上昇による生成オゾンの分解が起
こり、オゾン発生効率の低下を招く。そのため残留応力
歪みによる放電空隙長増大を防止する必要があり、必要
に応じてピーニングまたは焼鈍を行い、内部応力を解放
しておくことが重要である。

【００４８】実施の形態２．実施の形態１で示した金属
製電極を構成する高電圧側の基体金属上にバルク誘電体
を熱硬化性樹脂を用いて接着した。誘電体は接地側電極
に接着しても良いし、接地側および高電圧側の両電極に
接着しても良い。誘電体としては、アルミナやジルコニ
アなどのセラミクス焼結板やガラス板、マイカ板などを
用いた。誘電体と金属製電極の接着は、ガラスクロス基
材にエポキシ樹脂を含浸させたシート状接着層により行
った。誘電体−接着層−基体金属または誘電体−接着層
−基体金属−接着層−誘電体の順に積層し、これらをプ
レス機定盤間に挿入し、両端から加圧、昇温し、接着す
る。

【００４９】上述の実施の形態１に示したように、放電
状態に影響を与えるのは放電空隙長の精度であるため、
誘電体を一体化した電極の場合、問題となるのはその表
面の誘電体の精度となる。しかし、接着の際、平行定盤
間で加圧、温度昇降させるため、被接着側である金属製
電極自身の平面度および平行度公差が実施の形態１で示
した程度の加工精度を有していないと誘電体が割れる可
能性があるので注意が必要である。

【００５０】金属製電極の接着面板厚は中空部を流れる
冷却水により放電空間を冷却することを考慮すれば薄い
方が都合が良いのであるが、薄すぎると接着加圧、温度
昇降の際に金属板が塑性変形や熱変形の影響を受けやす
くなるため、不都合である。従って、この発明の場合は
基体金属の板厚を少なくとも３ｍｍ以上とし、金属側の
変形が発生せず、効果的な接着状態を得られた。

【００５１】さらにこの接着した電極モジュール（誘電
体＋基体金属もしくは誘電体＋基体金属＋誘電体）をオ
ゾン発生装置内に組み込むのであるが、誘電体表面は放
電空隙長の精度に影響を及ぼすため、実施の形態１のよ
うな加工精度が必要となる。よって、バルク誘電体は接
着前に形成する放電空隙長設定値の３０％以下の平面度
公差としておいた。接着後、誘電体の平面度公差および
誘電体間の平行度公差を測定し、実施の形態１の金属製
電極の加工精度よりずれているモジュールに関しては、
誘電体バルク体の厚みを一定に保つように研磨加工を施
し、所望の公差域に収まるようにしておいた。そのため
に、実施の形態１の金属製電極と組み合わせた結果、理
論計算値に極めて近いオゾン発生効率を得ることができ
た。

【００５２】実施の形態３．誘電体５を溶射により実施
の形態１で示した基体金属６ａ上に形成する場合は、被
溶射面の基体金属６ａの板厚を少なくとも５ｍｍ以上と
し、形成された誘電体５の平面度公差および誘電体５と
対向電極表面との平行度公差が形成する放電空隙長設定
値の４０％以下好ましくは３０％以下となるように製作
することで極めて高いオゾン発生効率を得ることができ
た。溶射プロセスでは、前処理であるブラスト処理（粗
面化処理）と溶射自身の熱により基材に歪みが発生す
る。一般に板厚が薄いとこれらによる歪みの影響は顕著
となり、精度を必要とする部材への使用には適さなくな
る。被溶射面板厚による歪みの変化を調べた結果、板厚
が３ｍｍであると、ブラストによる歪みおよび熱歪みが
極めて大きいのに対し、板厚を５ｍｍ以上にすることに
より、溶射熱による歪みはほぼ無視できるようになり、
ブラストによる歪みも緩和される。従って、誘電体膜を
基体金属に一体化するために、溶射を用いる場合は被溶
射板厚（誘電体膜が被着される基体金属の厚み）を少な
くとも５ｍｍ以上とし、最適パラメータによるブラスト
を実施するのが被溶射面の歪みを最小限にするのに好ま
しい。

【００５３】図７に溶射によって形成した誘電体膜のオ
ゾン発生特性に与える表面精度（算術平均粗さＲａ）の
影響を示す。図において、縦軸をオゾン濃度、横軸を放
電電力／原料ガス流量とし、評価条件は、原料ガス圧力
Ｐを０．２５ＭＰａ、放電空隙長ｄを０．１ｍｍとし
た。上記条件において、Ｒａを４〜５μｍ、１μｍおよ
び０．５μｍと変化させた誘電体膜（膜厚１ｍｍ）を用
い、基体金属としては歪みが無視できる十分な板厚１５
ｍｍのＳＵＳ３０４を用いた。その結果、Ｒａが５μｍ
程度であってもオゾン発生効率は理論効率に比べ、５％
以内の低下であり、Ｒａの変化に対してオゾン発生効率
は大きな差をもつことがないと言える。５％以内の効率
許容値が認められない場合は、Ｒａを５μｍ未満、好ま
しくは１μｍ以内とした方がよい。

【００５４】以上のように、基体金属を冷却効果を著し
く妨げない程度の十分な板厚とし、形成する放電空隙長
設定値の４０％以下好ましくは３０％以下の加工精度を
持たせ、溶射皮膜である誘電体膜にはＲａを５μｍ程度
以下の精度さえあればオゾン発生特性に大きな影響を与
えることはない。また、Ｒａが５μｍ程度というのはＡ
ｓＳｐｒａｙ（溶射したままの状態で研磨加工なし）の
状態であり、コスト的にも問題はない。溶射自身はその
プロセスはほぼ自動化されているため、溶射によって形
成される皮膜の膜厚の制御を高精度に行うことは容易で
あり、基体金属さえ実施の形態１で示したような精度に
仕上がっていれば、皮膜の膜厚も均一となり、特に皮膜
表面の状態を考慮する必要もないと言える。

【００５５】なお、誘電体膜を琺瑯処理により実施の形
態１において示した金属製電極を構成する基体金属表面
に形成する場合は、被琺瑯面の板厚は少なくとも５ｍｍ
以上とすることが効果的である。ただし、この場合は被
琺瑯面板の表裏両面（放電面側および中空面側）に琺瑯
処理を施す必要がある。片面のみの琺瑯処理であれば、
実施の形態１の電極と同等の加工精度を実現するために
は、被琺瑯面板厚は少なくとも１０ｍｍ以上必要とな
る。しかし、１０ｍｍ以上の板厚では熱伝導性が低下
し、効率的な放電空間の冷却が不可能となることや、金
属製電極の重量が大きくなりメインテナンス性が低下す
るといった問題点が発生する。そのため、両面に琺瑯処
理を施し、５ｍｍ程度以上の板厚とした。

【００５６】実施の形態４．無声放電式オゾン発生装置
は、数ｋＶ以上の高電圧を電極モジュールに印加し、極
短放電空隙長を形成する場合、接地側と高電圧側が近接
する。そのため、電界集中や絶縁距離不足による異常放
電により電力ロスが発生する可能性がある。特に、電極
内周部および外周部など電界集中が発生する可能性があ
るエッジ箇所は、接地側電極と高電圧側電極の内径およ
び外径を同一にせず、差を持たせ、絶縁距離に余裕を与
えることが効果的である。接地側電極と高電圧側電極の
エッジ部を絶縁皮膜でコーティングしても効果的である
が、コストがかかることが問題である。

【００５７】図８に接地側電極と高電圧側電極の断面図
を示す。図において、接地側電極（第一の基体金属）４
の内径および外径をφＡ、φＡ’とし、高電圧側電極６
を構成する基体金属（第二の基体金属）６ａの内径およ
び外径をφＢ、φＢ’とする。また、誘電体５は基体金
属６ａ上に接着もしくは溶射などにより形成され、両者
が一体化して高電圧側電極６が形成されており、この誘
電体５の内径および外径φＣ、φＣ’とする。金属製電
極に関しては以下の式を満たす構造を有することが極め
て効果的である。（φＡ- φＢ）×（φＡ’- φＢ’）＜０・・・・（１）上式より金属製電極を構成するそれぞれの基体金属の内
径、外径の関係が図９と逆になっていても同様であるこ
とが理解できる。上式を満足し、好ましくは、さらに｜φＡ- φＢ｜≧１０ｍｍ・・・・（２）｜φＡ’- φＢ’｜≧１０ｍｍ・・・・（３）を満足すれば十分な絶縁距離を設けられ、異常放電の発
生の可能性は急激に低下する。また、誘電体について
は、（１）式を満たした上、（φＡ- φＢ）＞０の場合、 φＣ≦φＢかつφＣ’≧φＢ’ ・・・・（４）（φＡ- φＢ）＜０の場合、 φＣ≦φＡかつφＣ’≧φＡ’ ・・・・（５）の規定を満たすサイズに製作すれば、異常放電の可能性
はなくなる。

【００５８】接地側電極４と高電圧側電極６は同一形状
・同一径で製作するのが量産を考慮した場合、都合が良
い。しかし、異常放電による電力ロスを抑制するために
前述のように電極（基体金属、誘電体膜）の内径、外径
には（１）、（４）および（５）式を満足する必要があ
る。従って、同一形状、同一径で両者金属製電極を製作
しておき、どちらか一方の内周部および外周部に段差を
設けるよう研削加工し、両者間の絶縁距離を有するよう
にすればよい。その段差部の高さは少なくとも３ｍｍ以
上とすると効果的である。さらに、局所的な電界集中を
緩和するために、それぞれのエッジ部は半径０．５ｍｍ
程度以上のＲ加工を施すべきである。琺瑯にて誘電体膜
を成型する場合は、平板電極の場合、必ずエッジ部で皮
膜が盛りがってしまうために、金属製電極のエッジ部は
半径５ｍｍ程度のＲ加工を施しておくのが望ましい。

【００５９】特に、電極の内周部はオゾン化ガス出口１
０となっているため、この部分に段差を設け、その高さ
が不十分であると、必要以上の温度上昇を招き所定の発
生効率を達成できなくなる可能性があるため、内周部は
特に十分な段差高さを設ける必要がある。好ましくは内
周部での段差は設けない方が良い。また前述したよう
に、溶接の多用は控えた方が効果的である。

【００６０】実施の形態５．誘電体を基体金属と一体化
して金属性電極を得る手段として、接着技術は極めて容
易かつ安価で効果的な手段である。特に、セラミクス、
マイカ、ガラスなどの無機系平板状のもの、または、ポ
リイミド、フッ素樹脂などの有機系シート状のものを基
材とし、この基材にエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹
脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン
系樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた接着層を介して
異種素材を接合する方法は、オゾン発生装置などの容量
性負荷放電機器にとって極めて有効である。この方法に
よれば、給電層である基体金属と誘電体の密着性が極め
て良い金属製電極と誘電体の一体化が可能となり、製作
が容易で安価となる。

【００６１】例えば、ガラスクロス基材にエポキシ系樹
脂を含浸させた厚さ１００μｍ程度以下のシート状接着
層によりアルミナセラミクス焼結板（厚さ１ｍｍ）と金
属製電極をプレス機にて接合し、安価で良質の誘電体を
一体化した金属製電極を成形できた。この方式は、シー
ト状接着層の静電容量を介して、直接誘電体に高電圧を
給電することができ、接地側および高電圧側電極の両者
の冷却が可能、部品点数の削減が実施でき、極めてコン
パクトで低コストな装置が設計できる。

【００６２】この発明において、上記のような接着によ
り誘電体と金属製電極を接合する場合、注意しなければ
ならない事項は接着温度、プレス圧力およびボイドの有
無である。図９に接着プロセスのタイムチャートを示
す。縦軸を温度、横軸をプロセス時間とする。温度制御
は加圧してから昇温モードに入り、接着設定温度±５℃
以内で一定を保つようにヒーターを制御する。設定温度
（時間ｔ１）に到達してから、時間ｔ２まで設定温度を
保持する。時間ｔ２はシート状接着層のボイドの有無を
測定し、ボイドの消滅を確認し終わった時間である。時
間ｔ２−ｔ１はシート状接着層の物性および設定加圧力
により随時調整が必要である。

【００６３】その後、加圧力を急激に開放せずに、降温
モードに移す。降温モードは熱応力の発生を極力緩和す
るために、接着保持時間の少なくとも２倍以上の時間を
有するのが良い。時間ｔ３より温度を設定温度から降下
させるとともに、徐々に圧力を開放していき、常圧下、
常温に降下した時点（時間ｔ４）でプロセスを終了す
る。また、降温中に発生する応力を回避するために、で
きる限り金属製電極の線膨張係数に近い誘電体を接着す
るのが好ましい。

【００６４】ボイドの有無は超音波（超音波エコーの強
度差）の利用により検出、確認できる。位置を認識する
必要はないために精度の高い検出技術は要さない。加圧
は接着層でのボイドを消滅させるために行うだけである
ので、大きな圧力を印加する必要はなく、電極モジュー
ルを固定する程度でよい。圧力を印加しすぎると金属製
電極の塑性変形を招く可能性があるが、シート状接着層
の樹脂量や樹脂流れにより調整は必要である。ボイド量
をモニターしながら接着するので、ボイド量の減少速度
が遅ければ、圧力をさらに印加すればよい。最終的な接
着の状態は、モジュールをプレス機から取り出し、電圧
を印加して、部分放電の有無を電気信号検出（検出電流
の積分値評価）、光信号検出（放電発光評価）、音響信
号検出（放電音響の超音波成分評価）などにより評価す
れば良い。

【００６５】また、以上のような熱硬化性樹脂による接
着層を設ける場合、本発明におけるオゾン発生装置で
は、内周部が生成オゾンに接触する。上記樹脂は長時間
オゾンに曝されることにより劣化する可能性が大きいた
め、必要に応じてオゾン接触部にはセラミクスやフッ素
樹脂など電気絶縁性および耐オゾン性を有した材料でコ
ーティングする。

【００６６】実施の形態６．プレス機の２つの定盤が各
々ＪＩＳＢ７５１３精密定盤指定の０級もしくは１級
相当以上の定盤であり、両者プレス面間の平行度公差が
常に形成放電空隙長設定値の４０％以下好ましくは３０
％以下のプレス機を用いれば、接着後に誘電体を研磨し
て平行度公差を補正する必要はなく、プレスだけで高精
度モジュールを形成できる。誘電体膜は平面度公差だけ
実施の形態１記載のように仕上げておけば良く、プレス
機の２つの定盤の平行度公差はメーカー標準公差で十分
である。また、シート状接着層の厚さにも精度は全く必
要なく、この方法であれば低コスト化、量産効果が期待
できる。ただし、シート状接着層の厚さは誘電体の厚さ
に比べ十分小さい必要がある。シート状接着層の厚さは
誘電体の厚さの１／１０程度以下が良い。

【００６７】実施の形態７．さらに量産効果を高められ
る接着プレス方法として、積層した電極モジュールの金
属製電極をプレス機の熱定盤と同温度に加熱しながら接
着することが効果的である。好ましくは熱定盤は金属製
電極を構成する基体金属と同一材質で製作しておくのが
良い。図１０にこの発明における成形装置の断面図を示
す。図において、１８は熱定盤（ＪＩＳＢ７５１３精
密定盤指定の０級もしくは１級相当以上）、１９は加温
用ヒーター、２０は接着層である。その他は前述したも
のを示す。２つの熱定盤間１８の平行度公差は形成する
放電空隙長設定値の４０％以下好ましくは３０％以下に
しておく。シート状接着層２０を介して金属製電極２１
と誘電体５を少なくとも１組以上プレス機の一方の熱定
盤１８に積層する。熱定盤１８と金属製電極２１を伝熱
線２２で接続し、加圧、加温すれば一度のプレスで少な
くとも２枚以上の誘電体５を接着することができる。接
着温度は高くても１５０℃かそれ以下であるので、金属
製電極２１の熱変形も大きな影響を及ぼすことはない。
なお各金属製電極２１の中空部には補強部材を設置して
おくことが望ましい。

【００６８】実施の形態８．シート状接着層を介して誘
電体と基体金属とを接着する前に、シート状接着層の両
面にオゾン処理、紫外線処理、コロナ放電処理、プラズ
マ処理またはこれらを併用した処理を施すことにより、
シート状接着層表面の改質を行い、シート状接着層表面
を親水化、接着性を向上させてから接着すれば、極めて
良い基体金属と誘電体の接合状態が得られる。シート状
接着層表面の水の接触角が１０゜以下となることが好ま
しい。

【００６９】実施の形態９．オゾン発生装置などに誘電
体を用いる場合、放電空間静電容量より大きな静電容量
を有する誘電体を形成することが望ましい。当然、放電
空間静電容量より小さい静電容量でも良いが、システム
としての効率から考えれば、前者の方が良い。従って、
比誘電率および絶縁耐圧が大きく、誘電正接が小さい誘
電体が最適となる。ただし、この３つの条件がすべて揃
う必要は必ずしもない。

【００７０】放電空間の比誘電率をε１、放電空隙長を
ｄ１、放電面積をＳ１とし、誘電体皮膜の比誘電率をε
２、膜厚をｄ２、放電部面積をＳ２とする。なお、ε１
＝１、Ｓ１＝Ｓ２が成り立ち、ｄ１は０．２ｍｍ以下と
する。ここで、下記式が成り立つことが望ましい。（ε２／ｄ２）≧（１／ｄ１）上式に溶射によって形成する誘電体膜の比誘電率を代入
することにより、最大膜厚が算出できる。この皮膜の絶
縁耐圧と誘電正接を考慮して誘電体膜を設計すればよ
い。特に、比誘電率が５以上、絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍ
ｍ以上、誘電正接２％以下となる誘電体膜を用いること
が効果的であり、このような誘電体膜の膜厚を上式より
算出すればよい。具体的にはＡｌ₂０₃、Ａｌ₂０₃−
ＴｉＯ₂、Ａｌ₂０₃−ＳｉＯ₂、Ａｌ₂０₃−ＺｒＯ
₂、Ｙ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂、ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂、ＭｇＯ
−ＺｒＯ₂、ＭｇＯ−ＳｉＯ₂、ＣａＯ−ＺｒＯ₂、Ｌ
ａ₂Ｏ₃などの皮膜が有効である。また、溶射以外のコ
ーティング技術を使用するのであれば、ＴｉＯ₂、Ｍｇ
Ｏなども良い。さらに琺瑯によりガラス皮膜を形成して
も良い。

【００７１】実施の形態１０．溶射によって形成する誘
電体膜は多孔質皮膜であるため、誘電体膜として使用す
るには、皮膜内部の気孔が極力少ないことが条件とな
る。当然ながら、溶射後に封孔処理を行い、気孔の大半
を封孔する。オゾン発生装置などのように強力な絶縁性
を必要とする場合は、封孔後の気孔が１０％以下となる
ような誘電体膜を用いることが効果的である。１０％を
越える気孔や基材への貫通気孔が存在したまま、オゾン
発生装置などに使用すると、不純物吸収、腐食の進行、
絶縁性の寿命低下を発生してしまう可能性がある。

【００７２】このような誘電体膜を得るためには、溶射
原材料粉末の平均粒径が１０μｍ程度の細粒であること
が好ましく、また、封孔処理は低粘度で浸透性の良いシ
リコン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂などを封孔
材として用いればよい。これらの樹脂はオゾンによる劣
化は少ないが、放電におけるスパッタリングの影響を受
けるため保護膜を形成することが好ましい。

【００７３】例えば、ステンレス電極を用いた場合、オ
ゾン酸化によりステンレスから酸化物が析出し、それが
ステンレス表面および対向電極（この場合、誘電体膜）
に付着する。この酸化物のうち、クロム酸化物が誘電体
に付着するに従い、オゾン発生効率は上昇し、その後、
定常状態となる。従って、誘電体膜上にあらかじめクロ
ム酸化物を溶射することは、誘電体膜の封孔材に耐スパ
ッタリング性を付加し、またオゾン発生装置の初期状態
から定常状態に至るまでの立ち上がり速度も速めること
ができ、都合がよい。

【００７４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成お
よび製作されているので、以下に記載されるような効果
を奏する。

【００７５】この発明によるオゾン発生装置は、要求さ
れるオゾン発生効率に対して、最適な放電空隙長および
放電空間を形成する金属製電極の加工公差域、つまり平
面度公差と平行度公差を決定したことにより、過度な製
作コストの上昇を招かずに極短放電空隙長を形成できる
ことから、装置の低コスト化、コンパクト化が可能であ
り、オゾン発生効率を高効率化することができる。

【００７６】また、この発明によるオゾン発生装置は、
少なくとも一方に弾性体を有するシールフランジによっ
て電極群を締め付け固定する構造であるため、電極の組
立時に金属製電極の直角度を微調整することが可能であ
る。

【００７７】さらに、この発明によるオゾン発生装置
は、接地側の金属製電極を構成する第一の基体金属と高
電圧側の金属製電極を構成する第二の基体金属、および
基体金属上に配置される誘電体の内径および外径に条件
を設定したことにより、絶縁破壊に至る異常放電を抑
制、電力ロスを回避し、長期間にわたり、高効率オゾン
発生を実施することができる。

【００７８】また、この発明によるオゾン発生装置は、
誘電体を基体金属と一体化して金属製電極を形成する場
合の、基体金属の板厚を誘電体の形成方法によって決定
したことにより、一体化する際に生じる金属製電極の歪
みおよびバルク誘電体の破損が発生せずに、高精度な金
属製電極を製作できる。

【００７９】さらに、この発明によるオゾン発生装置
は、基体金属上に溶射によって一体化する誘電体膜の電
気的特性を限定したことにより、長寿命かつ高性能な絶
縁皮膜を形成することができ、高効率オゾン発生を実施
できる。

【００８０】また、この発明によるオゾン発生装置は、
基体金属上に溶射によって一体化する誘電体膜の気孔率
を限定したことにより、長寿命かつ高品質な絶縁皮膜を
形成することができ、高効率オゾン発生を実施できる。

【００８１】さらに、この発明によるオゾン発生装置の
製造方法においては、金属製電極の平面度公差、対向電
極面の平行度公差を決定し、その許容範囲内の制度で金
属製電極を形成する工程を含んでいるため、過度な製作
コストの上昇を招かずに極短放電空隙長を形成でき、装
置を低コストで製造することが可能であり、オゾン発生
効率を高効率化することができる。

【００８２】また、この発明によるオゾン発生装置の製
造方法においては、誘電体を基体金属上に被着する場合
に、溶射、接着、コーティングのいずれかの方法を採用
することが可能であり、従来のものよりも単純な電極構
造であるために、簡単な方法で金属製電極を形成するこ
とが可能である。

【００８３】さらに、この発明によるオゾン発生装置の
製造方法においては、誘電体と基体金属の一体化にシー
ト状接着層を用いることにより、安価に電極を製作する
ことができ、かつ最適な接着プロセスを決定したことに
より、高品質な接着を得ることができる。

【００８４】また、この発明によるオゾン発生装置の製
造方法においては、シート状接着層を介して誘電体と基
体金属の一体化を行う場合に、０級若しくは１級以上の
十分な精度を有するプレス機定盤を用いることにより、
シート状接着層の厚さおよび平面度に依存することなく
金属製電極の対向電極面の平行度公差をプレス機定盤に
よって決定でき、容易かつ安価に誘電体と基体金属一体
化することが可能となる。

【００８５】さらに、この発明によるオゾン発生装置の
製造方法においては、プレス機の熱定盤とともに被接着
体である基体金属を加温したことにより、均一温度接着
および複数同時接着を可能とし、高品質、安価な電極製
作を実施できる。

【００８６】また、この発明によるオゾン発生装置の製
造方法において、シート状接着層表面の改質処理を行
い、シート状接着層表面を親水化、接着性を向上させて
から接着するようにすれば、極めて良い基体金属と誘電
体の接合状態を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示すオゾン発生装
置の断面を表す図である。

【図２】この発明の実施の形態１を示すオゾン発生装
置の特性を示すものである。

【図３】この発明の実施の形態１を示すオゾン発生装
置の放電空隙長の精度を示す図である。

【図４】この発明の実施の形態１を示すオゾン発生装
置の放電空隙長の精度を示す図である。

【図５】この発明の実施の形態１を示すオゾン発生装
置の放電空隙長の精度を示す図である。

【図６】この発明の実施の形態１を示すオゾン発生装
置の放電空隙長の精度を示す図である。

【図７】この発明の実施の形態３を示す表面精度によ
るオゾン発生特性を説明する図である。

【図８】この発明の実施の形態４を示すオゾン発生装
置の電極の断面を表す図である。

【図９】この発明の実施の形態５を示す接着プロセス
を説明する図である。

【図１０】この発明の実施の形態７を示す接着プレス
機の断面を表す図である。

【図１１】従来のオゾン発生装置の断面を表す図であ
る。

【符号の説明】

１圧力容器２高圧端子３シールフランジ４接地側電極５誘電体６高電圧側電極
６ａ基体金属７スペーサ８放電空間９オゾン発生部１０オゾン化ガス出口１１原料ガス入り口１２電源１８熱定盤１９ヒーター２０接着層２１金属製電極２２伝熱線

フロントページの続き (72)発明者太田幸治東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 4G042 CA01 CC02 CC04 CC05 CC10 CC12 CC16 CC18 CC20 CC21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対向する二つの金属製電極間に酸素を
含むガスを供給して交流高電圧を印加しオゾンを生成す
るオゾン発生装置において、上記金属製電極間の放電空
隙長設定値が０. ２ｍｍ以下であり、上記金属製電極の
対向電極面の平面度公差が上記放電空隙長設定値の４０
％以下好ましくは３０％以下であると共に、上記金属製
電極の相対向する対向電極面間の平行度公差が上記放電
空隙長設定値の４０％以下好ましくは３０％以下である
ことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】金属製電極が複数個積層されてなる電極
群が、少なくとも一方が弾性体を備えた２個のシールフ
ランジによって締め付けられ、固定されることを特徴と
する請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項３】相対向する二つの金属製電極のうち少な
くとも一方の上記金属製電極は基体金属とこの基体金属
上に被着された誘電体によって構成され、上記の相対向
する二つの金属製電極をそれぞれ構成する二つの基体金
属および上記誘電体は中心に開口部を有する円盤状に構
成され、上記の二つの基体金属のうち接地側となる第一
の基体金属、高電圧側となる第二の基体金属、および上
記誘電体の内径φＡ、φＢ、φＣおよび外径φＡ’、φ
Ｂ’、φＣ’が、（φＡ−φＢ）×（φＡ’−φＢ’）
＜０を満たし、かつ（φＡ−φＢ）＞０の場合はφＣ≦
φＢ、φＣ’≧φＢ’、（φＡ−φＢ）＜０の場合はφ
Ｃ≦φＡ、φＣ’≧Ａ’の関係を満たすことを特徴とす
る請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項４】相対向する二つの金属製電極のうち少な
くとも一方の上記金属製電極は基体金属とこの基体金属
上に被着された誘電体によって構成され、上記誘電体は
少なくとも３ｍｍ以上の板厚の上記基体金属上に接着ま
たはコーティングにより形成されたものであることを特
徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項５】相対向する二つの金属製電極のうち少な
くとも一方の上記金属製電極は基体金属とこの基体金属
上に被着された誘電体膜によって構成され、上記誘電体
膜は少なくとも５ｍｍ以上の板厚の上記基体金属上に溶
射によって形成されたものであることを特徴とする請求
項１記載のオゾン発生装置。
【請求項６】溶射により金属製電極を構成する基体金
属上に形成された誘電体膜は、比誘電率が５以上、絶縁
耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上、誘電正接が２％以下である
ことを特徴とする請求項５記載のオゾン発生装置。
【請求項７】溶射により金属製電極を構成する基体金
属上に形成された誘電体膜は、気孔率が１０％以下であ
ることを特徴とする請求項５記載のオゾン発生装置。
【請求項８】相対向する二つの金属製電極間に酸素を
含むガスを供給して交流高電圧を印加しオゾンを生成す
るオゾン発生装置の製造方法において、上記金属製電極
間の放電空隙長設定値を０. ２ｍｍ以下とし、上記金属
製電極の対向電極面の平面度公差が上記放電空隙長設定
値の４０％以下好ましくは３０％以下に形成する工程、
上記金属製電極の相対向する対向電極面間の平行度公差
が上記放電空隙長設定値の４０％以下好ましくは３０％
以下となるようにスペーサを介して上記金属製電極を積
層する工程を含むことを特徴とするオゾン発生装置の製
造方法。
【請求項９】相対向する二つの金属製電極のうち少な
くとも一方の上記金属製電極を、溶射または接着若しく
はコーティングによって基体金属上に誘電体を形成する
ことによって得ることを特徴とする請求項８記載のオゾ
ン発生装置の製造方法。
【請求項１０】無機絶縁物からなる基材に熱硬化性樹
脂を含浸させたシート状接着層を誘電体と基体金属との
間に挿入してプレス機定盤に挟み、接着温度、プレス圧
力、上記誘電体と上記基体金属間の電荷量を制御しなが
らプレスして一体化することで表層が誘電体によって構
成される金属製電極を得る工程を含むことを特徴とする
請求項８記載のオゾン発生装置の製造方法。
【請求項１１】０級若しくは１級以上の精度を有する
プレス機定盤を用い、シート状接着層を介して重ね合わ
せた誘電体と基体金属をプレスして一体化し金属製電極
を得る工程を含むことを特徴とする請求項１０記載のオ
ゾン発生装置の製造方法。
【請求項１２】シート状接着層を介して重ね合わせた
誘電体と基体金属を少なくとも１組以上積層してプレス
機の熱定盤間に挿入し、上記基体金属および上記誘電体
を上記熱定盤と同温度に加熱しながらプレスして一体化
する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載のオゾ
ン発生装置の製造方法。
【請求項１３】シート状接着層にオゾン処理、紫外線
処理、コロナ放電処理、プラズマ処理のいずれかの処理
またはこれらを併用した処理を行った後に誘電体と基体
金属を一体化して金属製電極を得る工程を含むことを特
徴とする請求項１０記載のオゾン発生装置の製造方法。