JP2003251144A

JP2003251144A - ガス分解装置及びガス分解システム

Info

Publication number: JP2003251144A
Application number: JP2002056779A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Yamanishi; 良樹山西; Masahito Hayashi; 聖人林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】簡素な装置構成であり、比較的小さなエネル
ギーで難分解ガスを分解可能な装置を提供すること。【解決手段】負酸素イオンを発生させる負酸素イオ
ン発生部と；前記ガスを前記負酸素イオンと反応させる
第１の空間とを備える。負酸素イオン発生部は、前記負
酸素イオンに対して伝導性を有する固体電解質層を備え
る。固体電解質層は、前記第１の空間に面する第１の面
と、大気又は酸素を豊富に含む第２の空間に面する第２
の面とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＦＣガス、フロンガ
ス等の化学的に安定で分解が困難なガスを分解する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球温暖化係数の高いＰＦＣガスは化学
的に非常に安定であり、大気中の寿命も１００００年以
上と長く、地球温暖化効果が大きいと言われている。Ｐ
ＦＣガスとしては、ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_４
Ｆ_１０，Ｃ_４Ｆ_８及びＨＦＣ類（ＣＨＦ_３，ＣＨ
_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ等）が含まれる。この中で、例えば、
ＣＦ_４ガスは、温暖化係数（ＧＷＰ１００値）が６５０
０であり、寿命が５万年と言われている。地球温暖化防
止等の目的で、上記のような有害ガスを分解するための
研究が行われている。特許公報第２７３２４７２号等に
は、プラズマを用いて有機ハロゲン化合物を分解する技
術が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マを利用してＰＦＣガスを分解する場合には、装置が大
掛かりになり、分解に必要なエネルギーが膨大になる等
の問題があった。

【０００４】本発明の目的は、簡素な装置構成であり、
比較的小さなエネルギーで難分解ガスを分解可能な装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるガス分解
装置は、負酸素イオンを発生させる負酸素イオン発生部
と；ＰＦＣガス等の難分解ガスを前記負酸素イオンと反
応させる第１の空間とを備えている。そして、前記負酸
素イオン発生部は、前記負酸素イオンに対して伝導性を
有する固体電解質層を備え、当該固体電解質層は第１の
面が前記第１の空間に面し、第２の面が大気又は酸素を
豊富に含む第２の空間に面する構造としている。

【０００６】上記のような構成のガス分解装置において
は、ガスを分解するのに必要なエネルギーは、基本的に
は、固体電解質層を加熱するエネルギーと電極に流す電
流のみである。従って、従来のようにプラズマを利用す
る方式や燃焼方式に比べて、ガスの分解に必要とするエ
ネルギーが少なくて済む。分解に使用される酸素は、固
体電解質により自己選択的に供給されるため、特別な供
給手段を必要としない。このため、ＰＦＣガス等の難分
解ガスを排出する排気ガス配管の一部を固体電解質で形
成することにより、簡易な装置構成でガスの分解を行う
ことが可能となる。また、負酸素イオンの発生は真空か
ら大気圧まで、幅広い範囲で行えるため、ガス圧調整器
を用いることなく種々の装置の排気ガス系に設置するこ
とができる。

【０００７】更に、負酸素イオンの発生効率が高いた
め、装置を小さくすることができ、その結果、ガス発生
源の近傍に配置しやすくなるなど、装置設置の自由度が
高いと言える。

【０００８】ここで、ＰＦＣガスの１つであるＣＦ_４ガ
スと負酸素イオンＯ⁻との反応について、以下に示す反
応経路が存在すると考えられている。ＣＦ_４ ⁻＋Ｏ ΔＨ＝＋２．１７ｅＶＣＦ_３＋ＯＦ⁻ ΔＨ＝＋３．５１ｅＶＣＦ_３ ⁻＋ＯＦ ΔＨ＝＋２．８４ｅＶＣＦ_２ ⁻＋ＯＦ_２ ΔＨ＝＋６．５３ｅＶＣＯ⁻＋２Ｆ_２ ΔＨ＝＋６．０６ｅＶＣＦ_３Ｏ⁻＋Ｆ ΔＨ＝−１．５９ｅＶ

【０００９】上記のような反応経路の内、生成熱が発熱
反応（ΔＨ＝−「マイナス」）であるものが発生し易い
と言える。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を参
照して詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明に係るガス分解システム１
の概略構成を示すブロック図である。ガス分解システム
１は、例えば、半導体製造過程のＣＶＤチャンバークリ
ーニング工程、ドライエッチング工程等において排出さ
れるＰＦＣガスを分解するシステムである。このシステ
ム１は、ＰＦＣガスを分解するガス分解装置２と；ＰＦ
Ｃガスをガス分解装置２に導入する吸入管３と；ガス分
解装置２に大気を導入する大気導入口４と；ガス分解装
置２中のヒーターに電力を供給するヒータ電源５と；ガ
ス分解装置２の固体電解質層（１２）の引出電極に電力
を供給する引出電圧電源６とを備えている。更に、ガス
分解システム１は、ガス分解装置２で分解されたガスを
排出するための排気ポンプ７と；当該排気ポンプ７によ
って排出されたガス（Ｃ０_２，ＦＯ）を浄化する水スク
ラバー８と；水スクラバー８で浄化されたガスを外部に
排出する排気ファン９とを備えている。

【００１２】上記のような構成のガス分解システムにお
いて、水スクラバー８を通過するガス（Ｃ０_２，ＦＯ）
のうち、ＦＯは水と速やかに反応してＨＦとなり、Ｃ０
_２は水に溶ける一部を除き大気中に排出される。なお、
ガス分解装置２を直列に複数接続することも可能であ
る。

【００１３】図２は、本発明の第１の実施例に係るガス
分解装置２の構成を示す断面図である。図２に示すガス
分解装置２は、図１に示すガス分解システム１内で使用
されるものである。ガス分解装置２は、負酸素イオンに
対して伝導性を有する固体電解質基板（ＹＳＺ）１２
と；当該固体電解質基板１２を収容する円筒形状の真空
容器４０と；固体電解質基板１２を指示する円筒形の支
持具５８とを備えている。固体電解質基板１２は、直径
１８．５ｍｍ、厚さ１ｍｍに成形され、多孔質な金属膜
から成る陽極及び陰極が表裏に形成されている。支持具
５８は、固体電解質基板１２と同じ材質（ＹＳＺ）から
成形され、そのサイズは外径１７ｍｍ、内径１３ｍｍと
なっている。固体電解質基板１２の下面には、陰極側配
線４２に接続された陰極１４が設けられており、−１Ｖ
〜−１００Ｖの電圧が印可される構成となっている。陰
極側配線４２は、絶縁管４６中に挿入される。絶縁管４
６の外壁と真空容器４０の内壁との間には、封止用のＯ
リング６２が配置されている。

【００１４】真空容器４０の内部において、支持具５８
の外側には二重の石英管５２が配置され、その間にニク
ロム線を用いた加熱ヒータ５６が固体電解質基板１２を
囲むように配置されている。二重の石英管５２のうち、
外側の石英管の更に外側には熱反射板５４が配置されて
いる。加熱ヒータ５６によって、固体電解質基板１２が
４００℃〜７００℃に加熱され、十分なイオン伝導性を
発揮する構成となっている。固体電解質基板１２の負酸
素イオン発生面（上面）は、反応室４４に面し、下面は
大気又は酸素が豊富な空間に面する。反応室４４には、
分解すべきＰＦＣガスを導入するガス導入管４８と、分
解されたガスを排出する排気管５０が連結されている。

【００１５】固体電解質基板１２の表裏両面に形成され
た電極間に電位差を設けることによって、固体電解質基
板１２の内部に酸素イオン電流が発生する。そして、反
応室４４側に取り出された負酸素イオンによりＰＦＣガ
スを分解する構造となっている。

【００１６】固体電解質基板１２の詳細な構造を図３に
示す。図３は、固体電解質基板１２を含む本発明の負酸
素イオン発生部１０の構造を示す。負酸素イオン発生部
１０は、平板状のＹＳＺ（イットリアを添加した部分安
定化ＺｒＯ_２）からなる固体電解質層１２と；金属ペー
ストの焼結により形成した多孔質な白金、パラジウム又
はこれらを含有した金等からなり、固体電解質層１２の
表裏各面に設けた電極１４（陰極），１６（陽極）と；
陽極１６の上に形成された負酸素イオン引出部（１８，
２０）とを備えている。負酸素イオン引出部は、陽極１
６上に形成された絶縁体層１８と、当該絶縁体層１８の
上に、例えばスパッタリング法で形成された白金又は金
の引き出し電極２０とから構成される。電極１４，１
６，２０には直流電源が接続され、電極２０，電極１
６，電極１４の順に高い電位、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が各々
印可されている。

【００１７】絶縁体層１８としては、厚さ０．０１〜１
００μｍのＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）膜又はＭｇＯ（マグ
ネシア）膜を使用する。図４は、絶縁体の材質毎の抵抗
率温度依存性を示す表である。従来の装置においては、
絶縁膜材質としてＳｉＯ_２を採用していたが、ＳｉＯ_２
の抵抗率は高温で著しく減少するため、高温下での絶縁
膜材質として不適切である。一方、本実施例に用いられ
るＡｌ_２Ｏ_３やＭｇＯは、ＳｉＯ_２に比べて高温での抵
抗率の減少が小さく、また融点が高いため、高温下で使
用される装置への適用が可能となる。また、高温下での
電気抵抗率が、ＭｇＯとほぼ同様な傾向を示すＢｅＯ又
はＣａＯも当該絶縁膜として使用可能である。なお、図
４の表においては、ＳｉＯ_２のデータとして石英のもの
を引用している。図４からわかるように、本発明に係る
負酸素イオン発生部１０は、動作温度が５００℃以上で
使用される条件下で特に有効である。例えば、シリコン
膜のアッシング装置、ディーゼルエンジンの排出ガスに
含まれるパーティクル除去、その他エンジンから排気さ
れるＮＯｘ等の分解など、排気ガス中の有害物質の分解
・除去、また、ダイオキシン、炭化水素等の有害化学物
質の分解・除去装置等に適していると言える。

【００１８】本実施例においては、負酸素イオン引出部
（１８，２０）には、内接円径０．１〜１００μｍの多
数のホール（貫通孔）が形成されている。図５は、ホー
ル又は溝の形状の例を示す。本実施例においては、ホー
ルの横断面形状は特に限定されるものではなく、円
（Ａ）、矩形（Ｂ），楕円（Ｃ），三角形（Ｄ）等を採
用することができる。また、図示しないが、矩形を長手
方向に延長していき、結果的に溝状になる形状も採用可
能である。ここで、ホール又は溝の径ｄは、ホール又は
溝の内接円の直径を意味するものとする。本発明におい
ては、各ホール又は溝の径ｄと、絶縁体膜１８の厚さｔ
との比率（アスペクト比）ｔ／ｄは０．１以上、好まし
くは、１．０以上とする。例えば、絶縁体層１８の厚さ
ｔを１０μｍとし、ホール径（溝の場合は、溝幅と等
価）ｄを１０μｍとする。

【００１９】図６は、アスペクト比（ｔ／ｄ）に対する
引出電場強度の変化を示す。なお、図６において、引き
出し電場強度の値（％）は、印可電圧を絶縁体層１８の
厚さで割った値を基準としている。図６のグラフに示す
ように、アスペクト比（ｔ／ｄ）が０．１を越える付近
から引き出し電場強度が急激に上昇し始め、１．０付近
から高い値で安定し始めている。

【００２０】図７は、本発明の作用・効果を示す説明図
であり、アスペクト比（ｔ／ｄ）を０．１とした場合
の、絶縁体層１８のホール又は溝周辺における電位分布
（Ａ）と電場強度分布（Ｂ）を示す。図に示すように、
引き出し電場がホール又は溝の中心部にも発生し始めて
いるが、それほど強いものではない。

【００２１】図８は、アスペクト比（ｔ／ｄ）を１．０
とした場合の、絶縁体層１８のホール又は溝周辺におけ
る電位分布（Ａ）と電場強度分布（Ｂ）を示す。図に示
すように、引き出し電場がホール又は溝の中心部にほぼ
均一に高強度で発生している。

【００２２】以上説明したように、ホールアスペクト比
が０．１以上、好ましくは１．０以上の場合、微細電極
構造により、引き出し電場強度を均一且つ大きくするこ
とができる。その結果、低電圧で効率よく負酸素イオン
を得ることができると共に、負酸素イオンの引き出しを
目的として反応場側の空間に別途も受けられた空間電極
を省略することができる。この空間電極を排除すること
により、反応場の配置の自由度が高くなり、利便性の高
い負酸素イオン発生装置を得ることが可能となる。

【００２３】ところで、従来の装置、例えば、国際特許
公開ＷＯ９６／１７８０３に記載されている装置におい
ては、酸素イオン導電性を有する固体電解質の両面に電
極を形成し、片面の電極から所定距離をあけて空間電極
を設けた構造を採っている。しかしながら、このような
装置においては、固体電解質と空間電極との間隙が大き
く、空間電流を多量に得るためには、各電極に高電圧
（ｋＶオーダー）を印可する必要がある。また、空間電
流を利用する反応場が、固体電解質と空間電極との間隙
に限定されるため、当該装置の利用性が悪い（自由度が
低い）という問題点があった。

【００２４】これに対し、本実施例に係る負酸素イオン
発生部においては、低電圧で空間電流の発生量を増加さ
せることができ、反応場の配置の自由度が高く利便性の
良い負酸素イオン発生部を提供可能となる。また、高温
で動作させたときに、空間電流の減少を最小限に抑える
ことが可能となる。上記実施例においては、固体電解質
層１２の形状が平板状の場合を例にとって説明している
が、本発明はそのような形状に限定されるものではな
い。例えば、酸素センサのように、固体電解質層がチュ
ーブ状、ノズル状等の曲面を有する装置にも適用可能で
ある。

【００２５】図９は、本発明の第３の実施例に係る負酸
素イオン発生装置に使用される負酸素イオン引出部の構
造を示す概念図である。本実施例は、負酸素イオン引出
部（２４，２６）を構成する絶縁体層２４，電極２６の
構成を改良したものである。すなわち、本実施例におい
ては、絶縁体層２４と電極２６とを交互に複数積層した
構造となっている。電極２６は絶縁体層２４に対して十
分に薄く成形されており、絶縁体層の厚み「ｔ」は積層
体全体の厚みと見なすこともできる。

【００２６】本実施例のように、絶縁体層２４と電極２
６とを交互に複数積層した構造を採用することにより、
各電極層に印可する電圧や各層間の距離等を調整するこ
とにより、ホール又は溝底面周辺部分から出てくる負電
荷イオンが、ホール又は溝の内壁面にトラップされるこ
となく引き出すことが可能となる。また、意図的に電場
分布を調整することも可能となり、ちょうどイオンレン
ズのような分布とすることができ、負電荷イオンを拡散
させたり収束させたりすることも可能となる。

【００２７】次に、本発明の特徴の１つである固体電解
質基板１２の加熱方法について説明する。なお、以下に
示す各実施例において、説明の便宜上、電極等の加熱と
直接関係しない構成要素については省略するが、先に示
した又は後に説明する実施例と組み合わせて使用可能で
あることは言うまでもない。

【００２８】図１０は、本発明の第４の実施例に係る負
酸素イオン発生装置１００における固体電解質基板（Ｙ
ＳＺ）１２周辺の構造を示す断面図である。この装置１
００は、図１の負酸素イオン発生装置２に適用可能なも
のであり、ＳＵＳ製の装置基体１１４の上で、Ａｌ_２Ｏ
_３製の治具１１６，１１８を用いて固体電解質基板１２
を支持した状態で動作する。動作中は、固体電解質基板
１２が継続的に加熱される。図において、固体電解質基
板１２の上側が真空状態となる。治具１１６，１１８
は、中央に開口部を有し、固体電解質基板１２の外周部
分のみを支持するようになっている。固体電解質基板１
２と下側治具１１８との間には、Ｏリング１２４が配置
されている。

【００２９】固体電解質基板１２の下側（大気側）に
は、ＮｉやＡｌからなる反射板１２２が配置され、治具
１１８によって固定されている。反射板１２２の上（基
板１２側）には石英の発熱板１２０が載置されている。
発熱板１２０の外周部には金属膜としてのＡｕペースト
１２６が焼結形成されている。このＡｕペースト１２６
に電流を流すことによって熱を発生させる。なお、金属
膜は、本例では金属（Ａｕ）を焼結して形成したものを
使用しているが、他の方法、例えば、スパッタ等により
形成された膜又は薄膜等であっても良い。

【００３０】図１１には、発熱板１２０の上に形成され
た金属膜としてのＡｕペースト１２６の構造（形状）を
示す。Ａｕペースト１２６は、固体電解質基板１２と治
具１１６，１１８との接触部に相当する固体電解質基板
１２の外縁部（外周部）のみを加熱するように、発熱板
１２０の外周部にリング状に焼結形成されている。

【００３１】固体電解質基板１２の厚さは、例えば、１
ｍｍ程度とする。発熱板１２０の厚さは、例えば、１−
２ｍｍ程度とする。反射板１２２の厚さは、例えば、
０．５ｍｍ程度とする。治具１１６，１１８の厚さは、
１０ｍｍ程度とし、開口部の内径は約５０ｍｍとする。
そして、固体電解質基板１２と発熱板１２０との間隙を
２−３ｍｍ程度とする。

【００３２】図１２は、固体電解質基板１２の加熱分布
を測定する際の熱電対設置位置を示す。図中、１２ａは
治具１１８との接触部を示す。図１３は、固体電解質基
板１２の位置と昇温時の安定化した温度との関係を示
す。図１３のグラフにおいて、丸ドットで示すライン
は、基板１２の外周部のみならずその内側も含めて基板
全体に発熱体を配置して加熱した場合の参考データであ
る。四角ドットが、本実施例によるデータである。温度
の測定に際し、何れのケースにおいても、Ａｕペースト
１２６に１５Ｗの電力を供給している。グラフより明ら
かなように、基板全体を加熱した場合に比べ、外周部の
みを加熱した場合の方が均一な温度分布が得られ、同一
の入力条件下では、その到達温度も高い。すなわち、エ
ネルギー変換効率が高いとも言える。

【００３３】ところで、従来、治具によって支持された
基板を均一に加熱するためには、当該基板全面に対して
均一に熱を加えれば良いと考えられていた。しかしなが
ら、実際には、治具と基板との接触部分の温度が低くな
ってしまう。これは、基板に対して治具の体積が著しく
大きいため、殆どの熱量を治具に奪われてしまうためで
ある。そこで、治具を含めた広範囲を加熱する方法が考
えられる。しかしながら、基板の周辺の広範囲に渡って
加熱する場合、熱伝導率の低い固体電解質基板を所望の
温度まで加熱するためには、非常に大きなエネルギーを
必要とし、エネルギー効率が悪い。また、加熱装置自体
が大がかりとなってしまうという不都合もある。

【００３４】これに対し、上述した実施例によれば、治
具と固体電解質基板との接触部近傍において、固体電解
質基板の外周部のみを加熱する。好ましくは、固体電解
質基板の表裏両面において、当該基板の外周部を加熱す
る。更には、治具の外面部を加熱する。その結果、優れ
たエネルギー効率で固体電解質基板を均一に加熱可能と
なる。

【００３５】図１４は、本発明の第５の実施例に係る負
酸素イオン発生装置２００における固体電解質基板（Ｙ
ＳＺ）１２周辺の構造を示す断面図である。なお、本実
施例において上記第１〜４の実施例と同一又は対応する
構成要素については、同一の符号を付す。この装置２０
０は、図１の負酸素イオン発生装置２に適用可能なもの
であり、ＳＵＳ製の装置基体１１４の上で、Ａｌ_２Ｏ_３
製の治具１１６，１１８を用いて固体電解質基板１２を
支持した状態で動作するものである。動作中は、固体電
解質基板１２が継続的に加熱される。図において、固体
電解質基板１２の上側が真空状態となる。治具１１６，
１１８は、中央に開口部を有し、固体電解質基板１２の
外周部分のみで接触し、支持するようになっている。固
体電解質基板１２と下側治具１１８との間には、Ｏリン
グ１２４が配置されている。

【００３６】固体電解質基板１２の下側（大気側）に
は、ＮｉやＡｌからなる反射板１２２が配置され、治具
１１８によって固定されている。上記第４の実施例と異
なり、反射板１２２の上（基板１２側）には発熱板は載
置されない。反射板１２２の外周部には石英管に収容さ
れたシースヒーター２３２が配置され、電極端子２３２
ａを介して通電することによって熱を発生させる。電極
端子２３２ａと反射板１２２との接合部は、例えば耐熱
性無機接着剤（アロンセラミック）で固定されている。
図１５は、シースヒーター２３２の配置、構造を示す。

【００３７】本実施例において、固体電解質基板１２と
治具との接触部近傍とは、当該接触部から当該固体電解
質基板１２の治具１１６，１１８の内壁に近く露出して
いる部分にかけての領域を示すものとする。具体的な範
囲を想定することは、個々の設計により異なるので、特
に示さないが、例えば、第１の加熱手段１２６やシース
ヒータ２３２が多少固体電解質基板１２の中心よりに配
置されたり、より内側に２重になるように配置されたと
しても、中心部に配置されておらず、本発明の作用効果
を奏する限り、加熱手段は接触部近傍にあるものと見な
すことができる。

【００３８】固体電解質基板１２の上面と上側治具１１
６との接触面にはＡｕペーストパターン２２８が形成さ
れている。シースヒーター２３２及びＡｕペースト２２
８共に、固体電解質基板１２の外縁部（外周部）、すな
わち治具１１６，１１８と固体電解質基板１２との接触
部近傍のみを加熱する。なお、Ａｕペースト２２８は、
治具１１６の下面に形成（焼結）しても、固体電解質基
板１２の上面に形成（焼結）しても良い。図１６は、金
属膜としてのＡｕペースト２２８のパターン構造を示
す。なお、本実施例においては、固体電解質基板１２の
下面にもＡｕペーストを配置して、当該基板１２を表裏
両面から加熱するようにしても良い。

【００３９】固体電解質基板１２の厚さは、例えば、１
ｍｍ程度とする。反射板１２２の厚さは、例えば、０．
５ｍｍ程度とする。治具１１６，１１８の厚さは、１０
ｍｍ程度とし、開口部の内径は約５０ｍｍとする。シー
スヒーター２３２の直径は、５ｍｍ程度とする。そし
て、固体電解質基板１２と反射板１２２との間隙を７−
８ｍｍ程度とする。

【００４０】図１７は、上述した第５の実施例の作用・
効果を示すグラフであり、基板１２の位置と昇温時の安
定した温度との関係を示す。グラフ中、四角ドット、丸
ドット、三角ドット、逆三角ドットは、各々ヒーター２
３２への供給電力が、０Ｗ，４０Ｗ，１００Ｗ，１２０
Ｗであることを示す。なお、ヒーター１２８（Ａｕペー
スト）への電力は１００Ｗに固定とする。図１７のグラ
フから解るように、ヒーター２３２による加熱がある程
度以上（１００Ｗ以上）になると、基板１２の均一な加
熱が可能となる。

【００４１】図１８は、本発明の第６の実施例に係る負
酸素イオン発生装置３００における固体電解質基板（Ｙ
ＳＺ）１２周辺の構造を示す断面図である。なお、本実
施例において上記第１〜第５の実施例と同一又は対応す
る構成要素については、同一の符号を付す。この装置３
００は、図１の負酸素イオン発生装置２に適用可能なも
のであり、ＳＵＳ製の装置基体１１４の上で、Ａｌ_２Ｏ
_３製の治具１１６，１１８を用いて固体電解質基板１２
を支持した状態で動作する。動作中は、固体電解質基板
１２が継続的に加熱される。図において、固体電解質基
板１２の上側が真空状態となる。治具１１６，１１８
は、中央に開口部（内径約５０ｍｍ）を有し、固体電解
質基板１２の外周部分のみを支持するようになってい
る。固体電解質基板１２と下側治具１１８との間には、
Ｏリング１２４が配置されている。

【００４２】固体電解質基板１２の下側（大気側）に
は、ＮｉやＡｌからなる反射板１２２が配置され、治具
１１８によって固定されている。上記第１の実施例と異
なり、反射板１２２の上（基板１２側）には発熱板は載
置されない。反射板１２２の外周部には石英管に収容さ
れたシースヒーター２３２が配置され、電極端子２３２
ａを介して通電することによって熱を発生させる。電極
端子２３２ａと反射板１２２との接合部は、例えば、耐
熱性無機接着剤（アロンセラミック）で固定されてい
る。シースヒーター２３２の構造は、上記第５実施例と
同様である。

【００４３】固体電解質基板１２の上面と上側治具１１
６との接触面にはＡｕペーストパターン２２８が形成さ
れている。シースヒーター２３２及び金属膜としてのＡ
ｕペースト２２８共に、固体電解質基板１２の外縁部
（外周部）、すなわち治具１１６，１１８と固体電解質
基板１２との接触部近傍のみを加熱する。なお、Ａｕペ
ースト２２８は、治具１１６の下面に形成（焼結）して
も、固体電解質基板１２の上面に形成（焼結）しても良
い。なお、本実施例においては、固体電解質基板１２の
下面にもＡｕペーストを配置して、当該基板１２を表裏
両面から加熱するようにしても良い。

【００４４】固体電解質基板１２の厚さは、例えば、１
ｍｍ程度とする。反射板１２２の厚さは、例えば、０．
５ｍｍ程度とする。治具１１６，１１８の厚さは、１０
ｍｍ程度とし、開口部の内径は約５０ｍｍとする。シー
スヒーター２３２の直径は、５ｍｍ程度とする。そし
て、固体電解質基板１２と反射板１２２との間隙を７−
８ｍｍ程度とする。

【００４５】本実施例においては、基板１２を加熱する
２つのヒーター２２８，２３２の他に、治具１１６，１
１８を加熱するヒーター３４２，３４４を備えている。
図１９は、治具用ヒーター３４２，３４４の構造を示す
平面図及び断面図である。ヒーター３４２，３４４は、
ニクロム線を治具１１６，１１８の外周部の側面、すな
わち外面部に多重に巻き付けることによって構成され
る。

【００４６】図２０は、第６の実施例の作用・効果を示
すグラフであり、基板１２の位置（熱電対の位置）と温
度との関係を示す。グラフに示すデータの測定は、ヒー
ター２３２，２２８，３４２，３４４のパワーの組み合
わせを変えて行われた。グラフ中、四角ドット、丸ドッ
ト、三角ドット、逆三角ドット、菱形ドットは、各々ヒ
ーター１３２，１２８，１４２，１４４のパワーが（３
０，６０，０，０）Ｗ；（４０，７０，３０，３５）
Ｗ；（６０，７０，７５，６５）Ｗ；（１１５，４０，
１１５，２８０）Ｗ；（１６０，４０，１１５，３８
０）Ｗの場合の昇温後の温度が安定したあとの測定結果
を示す。

【００４７】図２０のグラフから解るように、治具１１
６，１１８の外面部にヒーター３４２，３４４を設ける
ことにより、５００℃近い高温の状態においても基板１
２を均一に加熱することが可能となる。更に、治具等を
最適化し、ヒーターパワーを上げる等すると、少なくと
も８００℃程度までは、基板温度を上げることも可能と
なる。また、治具１１６，１１８の中心部と外周部の間
に生じる温度差を緩和でき、熱応力による治具の破損を
防止することができる。

【００４８】なお、上記実施例に使用されている加熱手
段のＡｕペーストに替えて、他の金属のペースト、ニク
ロム線などの発熱体等を使用することができるし、スパ
ッタ等の成膜手段を用いた薄膜等を使用することもでき
る。

【００４９】次に、本発明の他の特徴である固体電解質
基板１２の封止構造について説明する。なお、以下に示
す各実施例において、説明の便宜上、加熱手段や電極等
の封止構造と直接関係しない構成要素については省略す
るが、先に示した各実施例と組み合わせて使用可能であ
ることは言うまでもない。

【００５０】従来、２つの空間を機械的に遮蔽するため
には、Ｏリングなどのシール部材を用いるのが一般的で
ある。この場合、密閉度（遮蔽性）を向上させる目的
で、Ｏリングを２重に設けることが考えられる。また、
圧力やガス組成などの雰囲気の異なる２つの空間を仕切
るためには、当該２つの空間の境界部に封止板を配置
し、その外周にシール部材を設けることがある。しかし
ながら、Ｏリング等のシール部材を２重に配置した場
合、締め付け力の低下等の原因により漏れが発生するこ
とがあった。また、封止板を用いた構造においては、封
止板とシール部材との接触部において過剰な圧力が掛か
り、封止板が破損する可能性があった。そこで、以下に
示す実施例は、シール部での過剰な圧力の発生を防止し
つつ、遮蔽性の向上を図ることを目的とし、加熱状態の
固体電解質基板を良好な圧力、姿勢で支持しつつ、真空
側と大気圧側の確実な遮蔽状態を維持可能とする。

【００５１】図２１は、本発明の第７の実施例に係る負
酸素イオン発生装置４００の構造を示す断面図である。
本実施例の説明において、上記第１〜第６の実施例と同
一又は対応する構成要素については同一の符号を付し、
重複した説明は省略する。この装置４００は、真空容器
２１４の中で、Ａｌ_２Ｏ_３製の治具２１６を用いて固体
電解質基板１２を支持した状態で動作するものである。
図示しないが、動作中は、所定の加熱装置によって固体
電解質基板１２が連続的に加熱される。図において、固
体電解質基板１２の上側が真空状態となる。絶縁材製治
具２１６は、中央に開口部２１６ａを有する。また、真
空容器２１４の内側はフランジ状になっており、中央に
開口部２１４ａが形成されている。そして、真空容器２
１４と治具２１６によって固体電解質基板１２の外周部
分のみを支持するようになっている。真空容器２１４と
治具２１６とはボルト・ナット機構などの締め付け具２
２２によって締め付けられ、固体電解質基板１２を上下
方向から挟み込んで固定するようになっている。

【００５２】固体電解質基板１２の表裏両面には、図示
しないＡｕペーストの焼結体等からなる電極が形成され
ており、これらの電極間に電位差を設けることによっ
て、固体電解質基板の内部に酸素イオン電流を発生させ
る構造となっている。

【００５３】固体電解質基板１２と真空容器２１４との
間には、金属製のＯリング２１８が配置されている。ま
た、Ｏリング２１８の外側において、真空容器２１４と
治具２１６との対向面には、他の金属製Ｏリング２２０
が配置されている。

【００５４】金属製Ｏリング２１８は、ＳＵＳ３０４製
の中空管（外径１．６ｍｍ、肉厚０．２５ｍｍ）に２５
μｍ厚のＮｉメッキを施したものを使用する。金属製Ｏ
リング２２０は、Ｏリング２１８と同じ材質で、外径
２．４ｍｍ、肉厚０．２ｍｍの中空管を使用する。固体
電解質基板（セラミックス板）１２としては、ＹＳＺ
（８％Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２）を厚さ１ｍｍに加工したも
のを使用する。治具２１６は、固体電解質基板１２と同
様の材質ＹＳＺ（８％Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２）を厚さ８ｍ
ｍに加工したものを使用する。また、真空容器２１４と
しては金属製（ＳＵＳ３０４製）を使用する。

【００５５】本実施例においては、外側のＯリング２２
０の剪断方向の圧縮硬さを、内側のＯリング２１８と同
一又は低くする。すなわち、圧力を加えたときに外側の
Ｏリング２２０の方がつぶれやすくする。また、図２２
に示すように、締め付け具２２２による加圧前の状態に
おいて、Ｏリング２２０と治具２１６との間に隙間
「ｄ」が形成されるようにする。隙間「ｄ」の形成は、
固体電解質基板１２の板厚を考慮し、Ｏリング２１８，
２２０の外形を決定することによって行われる。

【００５６】上記のような構成により、締め付け具２２
２による締め付けの際に、最初に内側のＯリング２１８
がつぶれて真空封止される。その後、Ｏリング２２０と
治具２１６が接触した後は、Ｏリング２１８，２２０の
両方がつぶれることになる。この際、外側のＯリング２
２０の方が柔らかいため、内側のＯリング２１８が支点
となり、外側のＯリング２２０は補助的に機能する。よ
って、本実施例によれば、Ｏリング２１８との接触部に
おける固体電解質基板１２に過大な圧力が加わることを
防止できると共に、基板１２の面に対して水平な圧力を
かけることが可能となる。

【００５７】治具２１６を、固体電解質基板１２と同一
の材質又はほぼ同一の熱膨張係数を有する材質（セラミ
ックス）で形成することにより、熱膨張率の違いによっ
て固体電解質基板１２が破損する危険性を回避すること
が可能となる。また、真空容器２１４と固体電解質基板
１２とは、金属製のＯリング２１８を介して接触してい
るため、熱膨張の差をＯリング２１８で吸収でき、固体
電解質基板１２が破損する危険性を回避できる。

【００５８】上記のような構成の負酸素イオン発生装置
４００において、図示しない真空ポンプで真空容器２１
４内を排気し、１×１０^−５Ｔｏｒｒ以下の真空を得
る。その後、固体電解質基板１２を５００℃まで昇温し
てもガスのリークは確認されなかった。また、ボルト２
２２の締め付け時や昇降温時に固体電解質基板１２が破
損することもなかった。

【００５９】図２３は、本発明の第８の実施例に係る負
酸素イオン発生装置における固体電解質基板１２のシー
ル構造を示す拡大断面図である。図２４は、図２３に示
す構造に使用される金属被膜２４２の構成を示す平面図
及び側面図である。本実施例の説明において、上記第１
〜第７の実施例と同一又は対応する構成要素については
同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

【００６０】本実施例においては、封止板としての固体
電解質基板１２との密着性に優れ、柔軟な金属被膜２４
２を、固体電解質基板１２とＯリング２１８との接触面
及び、固体電解質基板１２と治具２１６との接触面に施
している。金属被膜２４２としては、例えば、金、白金
等の柔軟な貴金属を用い、固体電解質基板１２との間に
チタン等のメタライズ層を介して形成することが好まし
い。ここで、材質的に金属被膜材を考えると、一般的に
柔らかい金属は比較的融点が低い傾向がある。従って、
固体電解質の使用温度よりも金属被膜材の融点の方が高
く、且つ、金属被膜材の融点よりも周辺部材の融点の方
が高くなるように設定することが好ましい。金属被膜２
４２の形成は、スパッタリング、金属ペーストの焼結等
によって達成することができる。また、金属被膜２４２
の膜厚は、固体電解質基板１２の表面の凹凸を十分に埋
め込める程度とし、例えば、０．１μｍ〜１００μｍ程
度が好ましい。

【００６１】例えば、図２４に示すように、Ｏリング２
１８が接する箇所とその裏側に金属被膜２４２を環状に
成膜する。金属被膜２４２の成形に際しては、金ペース
ト（日本金液製）を該当箇所に塗布し、１５０℃仮焼き
した後、８５０℃で焼結して、厚さ０．５μｍの膜を成
形する。このような条件の下、図示しない真空ポンプで
真空容器２１４内を排気し、１×１０^−５Ｔｏｒｒ以下
の真空を得る。その後、固体電解質基板１２を５００℃
まで昇温してもガスのリークは確認されなかった。ま
た、ボルト２２２の締め付け時や昇降温時に固体電解質
基板１２が破損することもなかった。

【００６２】以上説明したように、本実施例によれば、
固体電解質基板１２の表面に凹凸がある場合にも、金属
被膜２４２によってこれを吸収し、Ｏリング２１８及び
治具２１６との高い密着性を確保することが可能とな
る。また、治具２１６と固体電解質基板１２との熱膨張
係数が異なる場合にも、熱膨張の差を金属被膜２４２で
吸収でき、昇降温時の熱応力で固体電解質基板１２が破
損するおそれがない。一方、真空容器２１４側において
は、当該真空容器２１４と固体電解質基板１２との熱膨
張の差を金属製Ｏリング２１８及び金属被膜２４２の両
方で吸収でき、熱応力による固体電解質基板１２の破損
を更に効果的に防止できる。

【００６３】図２５は、本発明の第９の実施例に係る負
酸素イオン発生装置５００の構造を示す断面図である。
図２６は、図２５に示す負酸素イオン発生装置５００の
固体電解質基板１２のシール構造を示す拡大断面図であ
る。本実施例の説明において、上記第１〜８の実施例と
同一又は対応する構成要素については同一の符号を付
し、重複した説明は省略する。なお、本実施例に係る負
酸素イオン発生装置５００は、図１の負酸素イオン発生
装置２に適用可能なものである。

【００６４】本実施例に係る負酸素イオン発生装置５０
０は、治具２１６と真空容器５１５との間に別の絶縁体
治具５３２を挿入した構造となっている。そして、真空
容器５１５と治具５３２との接触面にフッ素ゴム系のＯ
リング５３４を配置している。固体電解質基板１２に対
するＯリング５３４の位置は、Ｏリング２２０の位置と
概ね同じ位置とする。治具２１６は、固体電解質基板１
２とほぼ同一の熱膨張係数を有する、又は同一の材質と
することが好ましい。なお、Ｏリング５３４の周辺が高
温になる場合には、図２６に示すように、真空容器５１
５内のＯリング５３４近傍に冷却水用の通路を形成する
ことが好ましい。治具５３２として固体電解質基板１２
と同じ材質を採用した場合にも、治具５３２は真空容器
５１５とＯリング５３４がつぶれることで、接触するこ
とにより、真空容器５１５内の冷却機構で冷却されるた
め、治具５３２にイオン電流が流れて真空容器壁（接地
レベル）に流れ込むことを防止できる。

【００６５】上記のような構成の負酸素イオン発生装置
５００において、治具５３２としてＹＳＺ（８％Ｙ_２Ｏ
_３−ＺｒＯ_２）を厚さ５ｍｍに加工したもの、Ｏリング
５３４としてフッ素ゴム製のものを使用して実験を行っ
た。図示しない真空ポンプで真空容器５１５内を排気
し、１×１０^−５Ｔｏｒｒ以下の真空を得る。その後、
固体電解質基板１２を５００℃まで昇温してもガスのリ
ークは確認されなかった。ボルト２２２の締め付け時や
昇降温時に固体電解質基板１２が破損することも、Ｏリ
ング５３４が焼き付くこともなかった。更に、７２５℃
において固体電解質基板１２の両面に設けた図示しない
対向電極間に１０Ｖの電圧を印可し、酸素イオン電流を
流したところ、約１０ｍＡの電流が流れたが、接地され
た真空容器５１５側には電流は流れなかった。

【００６６】図２７は、本発明の第１０の実施例に係る
ガス分解装置６００の構造を示す断面図である。なお、
本実施例の説明において、上記第１〜９の実施例と同一
又は対応する構成要素については同一の符号を付し、重
複した説明は省略する。また、本実施例に係る負酸素イ
オン発生装置６００は、図１の負酸素イオン発生装置２
に適用可能なものである。

【００６７】本実施例の負酸素イオン発生装置６００
は、図２５に示す装置５００に対してヒータ６４０を付
加したものである。ヒータ６４０は、真空容器５１５の
反応室の上壁部に配置される。なお、ヒータ６４０の位
置は、反応室側でなく大気側とすることも可能である
が、ＰＦＣガスを加熱できることから反応室内に配置す
ることが望ましい。

【００６８】ヒータ６０４は、固体電解質基板１２を均
一に加熱できるように、当該固体電解質基板１２より十
分に大きく成形される。例えば、固体電解質基板１２と
して直径５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＹＳＺ基板を用いた場
合には、ヒータ６０４の直径７０ｍｍ以上とする。

【００６９】図２８は、本発明の第１１の実施例に係る
ガス分解装置７００の構造を示す断面図である。なお、
本実施例の説明において、上記第１〜１０の実施例と同
一又は対応する構成要素については同一の符号を付し、
重複した説明は省略する。また、本実施例に係る負酸素
イオン発生装置７００は、図１の負酸素イオン発生装置
２に適用可能なものである。本実施例のガス分解装置７
００は、負酸素イオン発生部を４つ用意し、これら真空
容器内に重ねて配置したものである。図において、符号
１２は固体電解質基板；６４０ａ，６４０ｂ，６４０ｃ
はヒータ；７２０ａ，７２０ｂ，７２０ｃは各ヒータを
内蔵し、固体電解質基板１２を押さえる石英製の保持
具；７０２ａ，７０２ｂはガス導入管；７０４ａ，７０
４ｂはガス排出管を示す。ガス導入管７０２ａ，７０２
ｂは共通のガス入力管７０６に連結し、ガス排出管７０
４ａ，７０４ｂは共通のガス排気管７０８に連結してい
る。

【００７０】４つの負酸素イオン発生部のうち、図面の
上側の２つの装置において、反応室７１０ａを共用する
ように、固体電解質基板１２の陽極同士が対向するよう
な配置となっている。同様に、下側の２つの負酸素イオ
ン発生部においては、反応室７１０ｂを共用するよう
に、固体電解質基板１２の陽極同士が対向する配置とな
っている。また、中程の２つの負酸素イオン発生部にお
いては、ヒータ６４０ａを共有するように、陰極同士が
対向する配置となっている。その結果、空気が通る隙間
とＣＦ_４ガス等のＰＦＣガスが通る隙間が、上下方向に
おいて交互に配置される。

【００７１】上記のような負酸素イオン発生装置７００
によれば、ヒータの両面を活用することができ、固体電
解質基板１２に対する加熱効率が向上する。また、負酸
素イオンの生成量が増加し、ＰＦＣガスの分解量が増加
するというメリットがある。更に、図２７に示す装置を
単純に複数設置する場合に比べ、ガスの分解能力に対す
る装置の規模を小さくできる等の利点もある。なお、図
２７に示す装置において、ヒータを反応室７１０ａ，７
１０ｂ内に配置しても良い。但し、その場合は、負酸素
イオン発生部の周辺部を加熱するために図１４で示した
ような環状のヒータを保持具７２０ａ，７２０ｂ，７２
０ｃに設けることがより好ましい。

【００７２】図２９は、ＰＦＣガス分解反応検出システ
ム８００の構成を示すブロック図である。このシステム
８００は、負酸素イオン発生装置８０２と、陰極電圧電
源８１０と、ヒータ電源８１２と、引出電極用電源８２
０と、排気ポンプ８１４と、ガスクロマトグラフィー８
１６とを備えている。負酸素イオン発生装置８０４の構
造は、基本的には、図２に示した装置と同様であり、負
酸素イオン発生部８０６と、ヒータ８０８と、石英から
なる反応室８０４とを備えている。負酸素イオン発生装
置８０２は、更に反応生成物の引出用の円環状の電極８
１８を備えている。

【００７３】陰極電圧電源８１０は、負酸素イオン発生
部８０６の陰極に接続されており、当該陰極に電圧を供
給するようになっている。ヒータ８０８は、ヒータ電源
８１２からの電流によって負酸素イオン発生部８０６を
加熱するようになっている。電極８１８は、ガスクロマ
トグラフィー８１６に連結する排気管の途中に配置さ
れ、反応生成物を検出を行う際に、引出電極用電源８２
０によって電圧が印可される。電極８１８は、また、反
応室８０４と四重極質量分析器（ＱＭＳ）８１６との間
の真空遮蔽を行う役割を担う。反応室８０４中の反応生
成物はイオンとして検出される。

【００７４】上記のような測定装置において、ニクロム
線からなるヒータ８０８に通電を行い、負酸素イオン発
生部８０６を６５０℃に加熱した状態で、陰極側に−１
００Ｖの電圧を印可し、引出電極を接地電位としたとこ
ろ、ガスクロマトグラフィー８１６において負酸素イオ
ン電流が数ｎＡ以上検出された。

【００７５】また、反応容器８０４内に負酸素イオンを
供給した状態で、０．１〜１００Ｔｏｒｒの圧力範囲の
ＣＦ_４ガスを流したところ、ガスクロマトグラフィー８
１６においてＣＦ，ＣＦ_２，ＣＦ_３，ＦＯ等の分子が検
出された。これらの分子は、負酸素イオンを供給しない
と検出されないものであるため、ＣＦ_４分子が負酸素イ
オンと反応して生成されたものであると考えられる。な
お、ＣＦ_３Ｏは検出されなかったが、これは、ＣＦ_３Ｏ
が２次反応により更に分解されたものと考えられる。

【００７６】上記の排ガス中の分子（ＣＦ，ＣＦ_２，Ｃ
Ｆ_３，ＦＯ）は、更に負酸素イオンと反応させ、ＣＯ_２
とＦＯに分解した後、水中を通過させれば、ＦＯは水と
速やかに反応してＨＦとなり、ＣＯ_２は水に溶ける一部
を除いて大気中に排出される。

【００７７】検出システム８００による検出結果を利用
することにより、負酸素イオン発生装置の電極に掛かる
電圧等を調整することにより、反応生成物の成分等を制
御することも可能となる。例えば、図２の装置において
は、ガスクロマトグラフィー８１６による検出結果に基
づき、ヒータ５６への電流量、固体電解質基板１２の電
極への印加電圧、ＰＦＣガスの導入量及び反応生成物の
排気量等を制御することにより、要求される排気ガス成
分に近づけることが可能となる。また、ガス分解装置に
よる分解の結果に基づき、アラームを発生させたり、Ｐ
ＦＣガスを排出する装置（半導体製造装置等）の動作を
制御したりすることもできる。

【００７８】以上、本発明の実施例（実施形態、実施態
様）について説明したが、本発明はこれらの実施例に何
ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された
技術的思想の範疇において変更可能なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るガス分解システムの概略
構成を示すブロック図である。

【図２】図２は、本発明の第１の実施例に係るガス分解
装置の構造を示す断面図である。

【図３】図３は、本発明の第２の実施例に係る負酸素イ
オン発生装置の構造を示す概念図である。

【図４】図４は、絶縁体の材質毎の抵抗率温度依存性を
示す表である。

【図５】図５は、第２の実施例の負酸素イオン発生装置
に使用される絶縁層に形成されるホール形状の例を示す
説明図である。

【図６】図６は、第２の実施例の作用・効果を示すグラ
フであり、アスペクト比（ｔ／ｄ）に対する引出電場強
度の変化を示す。

【図７】図７は、本発明の作用・効果を示す説明図であ
り、アスペクト比（ｔ／ｄ）を０．１とした場合の、負
酸素イオン引出部のホール又は溝周辺における電位分布
（Ａ）と電場強度分布（Ｂ）を示す。

【図８】図８は、本発明の作用・効果を示す説明図であ
り、アスペクト比（ｔ／ｄ）を１．０とした場合の、負
酸素イオン引出部のホール又は溝周辺における電位分布
（Ａ）と電場強度分布（Ｂ）を示す。

【図９】図９は、本発明の第３の実施例に係る負酸素イ
オン発生装置に使用される負酸素イオン引出部の構造を
示す概念図である。

【図１０】図１０は、本発明の第４の実施例に係るガス
分解装置における固体電解質基板（ＹＳＺ）周辺の構造
を示す断面図である。

【図１１】図１１は、第４の実施例に使用されるヒータ
ーの構造を示す平面図及び側面図である。

【図１２】図１２は、第４の実施例の加熱分布を測定す
る際の熱電対設置場所を示す説明図である。

【図１３】図１３は、第４の実施例の作用・効果を示す
グラフであり、基板の位置と温度との関係を示す。

【図１４】図１４は、本発明の第５の実施例に係るガス
分解装置における固体電解質基板（ＹＳＺ）周辺の構造
を示す断面図である。

【図１５】図１５は、第５の実施例に使用されるヒータ
ーの構造を示す平面図及び側面図である。

【図１６】図１６は、第５の実施例に使用される他のヒ
ーターの構造を示す平面図である。

【図１７】図１７は、第５の実施例の作用・効果を示す
グラフであり、基板の位置と温度との関係を示す。

【図１８】図１８は、本発明の第６の実施例に係るガス
分解装置における固体電解質基板（ＹＳＺ）周辺の構造
を示す断面図である。

【図１９】図１９は、第６の実施例に使用される治具用
ヒーターの構造を示す平面図及び断面図である。

【図２０】図２０は、第６の実施例の作用・効果を示す
グラフであり、基板の位置（熱電対の位置）と温度との
関係を示す。

【図２１】図２１は、本発明の第７の実施例に係るガス
分解装置の構造を示す断面図である。

【図２２】図２２は、図２１に示すガス分解装置の固体
電解質基板のシール構造を示す拡大断面図である。

【図２３】図２３は、本発明の第８の実施例に係るガス
分解装置における固体電解質基板のシール構造を示す拡
大断面図である。

【図２４】図２４は、図２３に示す構造に使用される金
属被膜の構成を示す平面図及び側面図である。

【図２５】図２５は、本発明の第９の実施例に係るガス
分解装置の構造を示す断面図である。

【図２６】図２６は、図２５に示すガス分解装置の固体
電解質基板のシール構造を示す拡大断面図である。

【図２７】図２７は、本発明の第１０の実施例に係るガ
ス分解装置の構造を示す断面図である。

【図２８】図２８は、本発明の第１１の実施例に係るガ
ス分解装置の構造を示す断面図である。

【図２９】図２９は、ＰＦＣガス分解反応検出システム
の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０負酸素イオン発生部１２固体電解質層１４，１６白金多孔質電極１８絶縁体層２０引出電極１００，２００，３００，４００，５００，６００，７
００ガス分解装置１１６，１１８治具（Ａｌ_２Ｏ_３）１１６Ａ，１１８Ａ開口部１２０石英板（発熱板）１２２反射板１２４Ｏリング１２６金ペースト（第１の加熱手段）１２８金ペースト（第１の加熱手段）１３２シースヒーター（第１の加熱手段）３４２，３４４治具用加熱手段（第２の加熱手
段）２１４真空容器（第１の支持部材）２１５真空容器（第３の支持部材）２１６絶縁治具（第２の支持部材）２１８Ｏリング（第１のシール部材）２２０Ｏリング（第２のシール部材）２３２絶縁治具（第１の支持部材）２３４Ｏリング（第３のシール部材）２４２金属被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０７Ｃ 19/08 Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢＦターム(参考） 4D002 AA22 AC10 BA08 CA20 DA70 4G075 AA03 AA63 BA08 BD12 BD14 CA02 CA20 EC21 FB20 4H006 AA05 AC13 AC26 EA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】難分解ガスを分解する装置において、負酸素イオンを発生させる負酸素イオン発生部と；前記
ガスを前記負酸素イオンと反応させる第１の空間とを備
え、前記負酸素イオン発生部は、前記負酸素イオンに対して
伝導性を有する固体電解質層を備え、当該固体電解質層
は前記第１の空間に面する第１の面と、大気又は酸素を
豊富に含む第２の空間に面する第２の面とを有すること
を特徴とするガス分解装置。
【請求項２】前記難分解ガスはＰＦＣガスであることを
特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項３】少なくとも第１及び第２の前記負酸素イオ
ン発生部を備え、前記第１の空間を当該第１及び第２の負酸素イオン発生
部で共用する配置とすることを特徴とする請求項１又は
２に記載のガス分解装置。
【請求項４】第３及び第４の前記負酸素イオン発生部を
更に備え、前記第１及び第２の負酸素イオン発生部と同
様に、前記第１の空間を当該第３及び第４の負酸素イオ
ン発生部で共有し、且つ、前記第２及び第３の負酸素イ
オン発生部において前記第２の空間を共有する配置構成
とし、前記第２の空間に、前記固体電解質基板を加熱するヒー
ターを配置したことを特徴とする請求項３に記載のガス
分解装置。
【請求項５】前記負酸素イオン発生部は、前記固体電解
質層を挟むように配置された第１及び第２の電極と；前
記第１の電極の上に形成された絶縁層と、当該絶縁層上
に形成された引出電極とを有する負酸素イオン引出部と
を更に備えることを特徴とする請求項１，２，３又は４
に記載のガス分解装置。
【請求項６】前記負酸素イオン引出部は、ホール又は溝
を有し、当該ホール又は溝の内接円の径を「ｄ」、前記
絶縁層の厚みを「ｔ」としたときに、ｔ／ｄの値が０．
１以上となることを特徴とする請求項５に記載のガス分
解装置。
【請求項７】前記ｔ／ｄの値が１．０以上であることを
特徴とする請求項６に記載のガス分解装置。
【請求項８】前記第１及び第２の電極よりも高い電位を
前記引出電極に印可することを特徴とする請求項５，６
又は７に記載のガス分解装置。
【請求項９】前記絶縁層として、Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，
ＢｅＯ又はＣａＯを用いたことを特徴とする請求項５，
６，７又は８に記載のガス分解装置。
【請求項１０】前記絶縁層は、絶縁材料と電極とを交互
に複数積層した構造であることを特徴とする請求項５，
６，７，８又は９に記載のガス分解装置。
【請求項１１】前記固体電解質層の外周部を支持する治
具と；前記治具と固体電解質層との接触部に配置され、
該接触部近傍のみを加熱する第１の加熱手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９又は１０に記載のガス分解装置。
【請求項１２】前記第１の加熱手段は、前記固体電解質
層の少なくとも第１及び第２の面の何れか一方に一種以
上配置されることを特徴とする請求項１１に記載のガス
分解装置。
【請求項１３】前記第１加熱手段は、発熱板を含み、通電することによって発熱する金属膜の発熱体が前記発
熱板上に設けられていることを特徴とする請求項１１又
は１２に記載のガス分解装置。
【請求項１４】前記第１の加熱手段は、少なくとも石英
管に収容されたシースヒーターを含むことを特徴とする
請求項１１，１２又は１３に記載のガス分解装置。
【請求項１５】前記第１の加熱手段は、通電することに
よって発熱する金属膜の発熱体を含むことを特徴とする
請求項１１，１２，１３又は１４に記載のガス分解装
置。
【請求項１６】前記治具の外面部に配置され、当該治具
を加熱する第２の加熱手段を更に備えたことを特徴とす
る請求項１１，１２，１３，１４又は１５に記載のガス
分解装置。
【請求項１７】前記第１及び第２の加熱手段の加熱能力
を、各々独立に制御することを特徴とする請求項１６に
記載のガス分解装置。
【請求項１８】反射板を更に備え、前記シースヒーター又は前記発熱体は、前記反射板上に
配置されていることを特徴とする請求項１３，１４又は
１５に記載のガス分解装置。
【請求項１９】前記第１の空間側において前記固体電解
質層を支持する絶縁性の第１の支持部材と；前記第２の
空間側において前記固体電解質層を支持する絶縁性の第
２の支持部材と；前記第１の支持部材と前記固体電解質
層との間に配置された金属製の第１のシール部材と；前
記固体電解質層の外側において、前記第１の支持部材と
前記第２の支持部材との間に配置された金属製の第２の
シール部材とを備え、前記第２のシール部材の剪断方向の圧縮硬さが、前記第
１のシール部材と同一又は低いことを特徴とする請求項
１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１
２，１３，１４，１５，１６，１７又は１８に記載のガ
ス分解装置。
【請求項２０】前記第１及び第２の支持部材に対して、
前記固体電解質層の方向に向かって圧力を加えて前記第
１の空間と第２の空間とを封止する加圧手段を更に備
え、前記加圧手段による加圧前の状態において、前記第２の
シール部材と前記第１又は第２の支持部材との間に所定
の隙間が形成されることを特徴とする請求項１９に記載
のガス分解装置。
【請求項２１】前記固体電解質層において、他の部材と
の接触面に金属被膜を施したことを特徴とする請求項１
９又は２０に記載のガス分解装置。
【請求項２２】前記金属被膜は、前記固体電解質層との
密着性に優れ、柔軟な材質からなることを特徴とする請
求項２１に記載のガス分解装置。
【請求項２３】前記第１の支持部材と面し、前記第２の
支持部材の反対側において前記第１の支持部材に面する
絶縁性の第３の支持部材と；前記第１の支持部材と前記
第３の支持部材との間に配置された第３のシール部材と
を更に備えたことを特徴とする請求項１９，２０，２１
又は２２に記載のガス分解装置。
【請求項２４】前記第３のシール部材は、ゴムによって
成形され、前記第１又は第３の支持部材には、前記第３のシール部
材を冷却するための冷却機構が装備されていることを特
徴とする請求項２３に記載のガス分解装置。
【請求項２５】前記第２の支持部材が前記固体電解質層
と同一の熱膨張係数を有する材質からなることを特徴と
する請求項１９，２０，２１，２２，２３又は２４に記
載のガス分解装置。
【請求項２６】ＰＦＣガスを分解するガス分解装置と；
前記ＰＦＣガスを前記ガス分解装置に導く吸気口と；前
記ガス分解装置で分解されたガスを排出する排気口と；
前記排気口に連結され、前記ガスを浄化する浄化機構と
を備え、前記ガス分解装置は、負酸素イオンを発生させる負酸素
イオン発生部と；前記ガスを前記負酸素イオンと反応さ
せる第１の空間とを備え、前記負酸素イオン発生部は、前記負酸素イオンに対して
伝導性を有する固体電解質層備え、当該固体電解質層は
前記第１の空間に面する第１の面と、大気又は酸素を豊
富に含む第２の空間に面する第２の面とを有することを
特徴とするガス分解システム。