JP2009006283A - 構造体および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 稼動時の熱に起因する熱応力によって破損したとしても、使用することが可能な構造体を提供することにある。また、構造体の使用方法、ならびに構造体を搭載したプラズマ発生体、オゾン発生器、排ガス処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
第１絶縁部３及び第２絶縁部４のそれぞれの一方端が、第１側部５に対して固定され、且つ第１絶縁部３及び第２絶縁部４のそれぞれの他方端が、第２側部６に対して固定されているとともに、第１絶縁部３には、溝７或いは空洞８もしくはポーラス状部が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、流体を効率良く処理できる構造体に関するものである。また、構造体を用いた装置に関するものである。

一般家庭で使用されている湯沸かし器の不完全燃焼時に排出されるＣＯガスや、焼却炉ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンからの排ガス等の流体中には、ＣＯ、カーボン、ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）、高分子有機化合物、硫酸ミスト等のＰＭ、ＮＯｘやＳＯｘの酸化性成分、ＨＣ等が含まれている。このようなＰＭや酸化性成分、ＨＣ等の排出を抑制する方法として、プラズマ反応を利用してＣＯやＰＭ等を浄化するという技術が提案されている。

このようなプラズマ反応により流体を浄化するための流体処理装置は、間に空間を介在して対向する一対の電極と、これら電極をそれぞれ支持する一対の絶縁部と、一対の絶縁部同士を固定する一対の側部とを有している。そして、プラズマ反応による浄化は、対向する一対の電極間に高電圧を印加させてプラズマ場を発生させ、このプラズマ場内に上述した流体を通過させることにより、流体を分解させるものである。
特開２００４−９２５８９号公報 特開２００５−９３１０７号公報

しかしながら、流体処理装置を稼動した際、電極等から発生した熱が流体処理装置に蓄積されていくことにより流体処理装置が高温になることがある。このような流体処理装置の極端な温度上昇により、流体処理装置の絶縁部や側部に大きな熱応力がかかってしまう。そして、この熱応力が、絶縁部にクラックを発生させることが懸念される。具体的には、電極が外部端子に接続されている側の側部や絶縁部、あるいはこれらの側部や絶縁部で構成される角部近傍にクラックが入りやすいと思われる。その結果、流体処理装置が破損すると、電極間にプラズマ場が良好に発生しなくなり、空間内を通過するＰＭや酸化性成分、ＨＣ等の流体を良好に浄化することができないということが想定される。

本発明は、上記想定に鑑み案出されたもので、その目的は、稼動時の熱に起因する熱応力が印加されてクラックが発生したとしても、機能がダウンしにくい構造体を提供することにある。また、このような構造体をもちいた装置を提供することにある。

本発明の構造体は、第１電極を支持する第１絶縁部と、前記第１電極に対向して配置される第２電極を支持する第２絶縁部と、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部との間に形成される空間の一方端及び他方端のそれぞれに配置される第１側部及び第２側部と、を備え、前記第１絶縁部及び前記第２絶縁部のそれぞれの一方端が、前記第１側部に対して固定され、且つ前記第１絶縁部及び前記第２絶縁部のそれぞれの他方端が、前記第２側部に対して固定されているとともに、前記第１絶縁部には、溝或いは空洞もしくはポーラス状部が設けられている。

また、好ましくは、前記第１電極は、前記第１側部がわの外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第１側部から前記第２側部がわに向かって延在されており、前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部は、前記第１絶縁部における前記第２側部がわの領域に設けられている。

また、好ましくは、前記第１電極は、前記第１側部から前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部の形成領域の手前まで延在されている。

また、好ましくは、前記第１絶縁部に面する側の前記第２絶縁部の主面で、且つ前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部に対向する領域に、凸状絶縁部が形成されている。

また、好ましくは、前記第1電極は、前記第１絶縁部の内部に埋設されているとともに、前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部にて前記第１絶縁部が破断した場合であっても、前記第１電極の端部が外部に露出しないものである。

また、好ましくは、前記溝は、前記第１絶縁部の一方主面及び前記第１絶縁部の他方主面の双方に設けられている。

また、好ましくは、前記溝は、その深さが深くなるに連れて幅が狭くなる。

また、好ましくは、前記溝は、前記第１絶縁部の一方の側面から他方の側面まで延在されている。

また、好ましくは、前記第１絶縁部及び前記第２絶縁部、並びに前記第１側部及び前記第２側部が、同一の材料を含んでなる。

本発明の装置は、本発明の構造体と、前記構造体の前記第１電極と第２電極とに接続され、前記第１電極と第２電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加するための電圧印加部と、を備えている。

本発明の装置は、記第１電極と第２電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加することにより、前記第１絶縁部と第２絶縁部との間に形成される空間内にプラズマを発生させるとともに、前記空間に被処理流体を流入させるものである。

本発明の装置は、前記被処理流体が酸素であり、前記空間に酸素を流入させることにより、オゾンを発生させるものである。

本発明の装置は、前記被処理流体が、炉或いは内燃機関からの排ガスであり、前記空間に前記排ガスを流入させる第１の流路と、前記空間から排出される被処理ガスを、前記空間から流出させる第２の流路とをさらに備えている。

本発明の構造体は、一対の電極を対向させて支持する一対の絶縁部と、該一対の絶縁部間を流体が通過可能なように、前記一対の絶縁部をそれぞれ固定する一対の側部とを備え、前記一対の絶縁部の少なくとも一方には、特定の領域が他の領域に比較して優先的にクラックが入るようになしたクラック誘導手段が設けられている。

本発明の構造体は、第１電極を支持する第１絶縁部と、第１電極に対向して配置される第２電極を支持する第２絶縁部と、第１絶縁部と第２絶縁部との間に形成される空間の一方端及び他方端のそれぞれに配置される第１側部及び第２側部と、を備え、第１絶縁部及び第２絶縁部のそれぞれの一方端が、第１側部に対して固定され、且つ第１絶縁部及び第２絶縁部のそれぞれの他方端が、第２側部に対して固定されているとともに、第１絶縁部には、溝或いは空洞もしくはポーラス状部が設けられている。このような第１絶縁部の溝或いは空洞もしくはポーラス状部が形成された領域は、第１絶縁部の他の領域よりも機械的強度が低くなる。したがって構造体に印加された応力が、第１絶縁部の溝或いは空洞もしくはポーラス状部の形成領域に集中して、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。このように第１絶縁部において、クラックが入りやすい領域を予め特定しておくことができることから、望まない領域、例えば第1電極が破断するような領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制できる。

また、必要に応じて、外部からの衝撃や電圧を印加した際の熱衝撃によって第１絶縁部を溝或いは空洞もしくはポーラス状部に沿って破断させ、予め第１絶縁部の一端を自由端とした構造体とすることができる。したがって、第１絶縁部の一端を自由端とした構造体として形成する場合においては、第１絶縁部は両端を固定した状態で製作することができるので、第１絶縁部の製作時における変形を抑制することができ、使用の際まで第１絶縁部を良好な形状とすることができる。

また、好ましくは、第１電極は、第１側部がわの外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第１側部から前記第２側部がわに向かって延在されており、溝或いは空洞もしくはポーラス状部は、第１絶縁部における第２側部がわの領域に設けられている。このことから、第１絶縁部の第２側部がわで優先的にクラックを発生させることができる。これにより第1電極が破断したときであっても、第１絶縁部の第１側部がわで優先的にクラックを発生させた場合と比較して、第１電極と第２電極とが対向する領域をできるだけ広くし、第１電極と第２電極との間のプラズマ場の発生が大きく低減することを抑制することができる。

また、好ましくは、第１電極は、第１側部から溝或いは空洞もしくはポーラス状部の形成領域の手前まで延在されている。このことから、第１絶縁部にクラックが発生したとしても、該クラックにより第１電極が破断される可能性が低減できる。特に、第1電極を第1絶縁部の内部に埋設している場合には、第１電極が外部の雰囲気に直接接触せず、第１電極が外部の雰囲気により腐食する可能性を低減することができる。

また、第１絶縁部の溝或いは空洞もしくはポーラス状部の形成領域上には第１電極が形成されておらず、したがって第１電極が形成された第１絶縁部の他の領域よりも機械的強度が低くなるので、破断したとしても、溝或いは空洞もしくはポーラス状部の形成領域に沿って第１絶縁部を良好に破断させることができる。

また、好ましくは、第１絶縁部に面する側の第２絶縁部の主面で、且つ溝或いは空洞もしくはポーラス状部に対向する領域に、凸状絶縁部が形成されている。このことから、凸状絶縁部が形成された領域は、第２絶縁部の他の領域よりも突出することとなる。そして、第１絶縁部の溝或いは空洞もしくはポーラス状部等が形成された領域において、第1絶縁部が破断した結果、その一端が自由端となった際には、振動等により第１絶縁部の自由端側が、第２絶縁部側に過剰に湾曲しようとしても、第１絶縁部の自由端側を凸状絶縁部に接触させることにより過剰な湾曲を抑制することができる。

また、好ましくは、第1電極は、第１絶縁部の内部に埋設されているとともに、溝或いは空洞もしくはポーラス状部にて第１絶縁部が破断した場合であっても、第１電極の端部が外部に露出しないものである。したがって、第１電極が外部の雰囲気に直接接触せず、第１電極が外部の雰囲気により腐食する可能性を低減することができる。 また、好ましくは、溝は、第１絶縁部の一方主面及び第１絶縁部の他方主面の双方に設けられている。このことから、第１絶縁部は、その一方主面から他方主面に向かってクラックが入りやすくなるので、熱応力により第１絶縁部にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。

また、好ましくは、溝は、その深さが深くなるに連れて幅が狭くなる。このことから、第１絶縁部は溝の一底部を起点としてクラックが発生しやすくなるので、熱応力により第１絶縁部にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。

また、好ましくは、溝は、第１絶縁部の一方の側面から他方の側面まで延在されている。このことから、第１絶縁部は、一方の側面から他方の側面まで延在された溝に沿ってクラックが進行しやすくなる。これにより望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。

また、好ましくは、第１絶縁部及び第２絶縁部、並びに第１側部及び第２側部が、同一の材料を含んでなる。このことから、構造体に印加される熱応力を小さなものとできる。

本発明の装置は、本発明の構造体と、構造体の前記第１電極と第２電極とに接続され、第１電極と第２電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加するための電圧印加部と、を備えている。これにより、構造体の第１電極と第２電極との間にプラズマ場を発生することができる。

本発明の装置は、第１電極と第２電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加することにより、第１絶縁部と第２絶縁部との間に形成される空間内にプラズマを発生させるとともに、空間に被処理流体を流入させるものである。これにより、第１絶縁部と第２絶縁部との間に形成される空間を流れる非処理流体に対して、プラズマ反応させることができるプラズマ発生体となる。

本発明の装置は、被処理流体が酸素であり、空間に酸素を流入させることにより、オゾンを発生させるものである。これにより、プラズマ反応により酸素をオゾンに変化させることができるオゾン発生器となる。

本発明の装置は、被処理流体が、炉或いは内燃機関からの排ガスであり、空間に排ガスを流入させる第１の流路と、空間から排出される被処理ガスを、空間から流出させる第２の流路とをさらに備えている。これにより、第１の流路を介して排ガスをプラズマ発生体の空間に良好に流入させることができる。したがってプラズマ発生体において排ガスをプラズマ反応により良好に浄化した被処理ガスとすることができる。そして、被処理ガスを第２の流路を介して放出させることができる。

本発明の構造体は、一対の電極を対向させて支持する一対の絶縁部と、一対の絶縁部間を流体が通過可能なように、一対の絶縁部をそれぞれ固定する一対の側部とを備え、一対の絶縁部の少なくとも一方には、特定の領域が他の領域に比較して優先的にクラックが入るようになしたクラック誘導手段が設けられている。したがって、特定領域に優先的にクラックが入りやすくなすことができ、望まない領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制できる。

本発明の構造体について図を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ方向から見た側面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ’線における断面図、図２（ｃ）は、図１（ｂ）のＤ−Ｄ’線における断面図である。図３は、図１における構造体の斜視図の一例である。これらの図において、１は第１電極、２は第２電極、３は第１絶縁部、４は第２絶縁部、５は第１側部、６は第２側部、７は溝、９は外部端子、ｓは空間である。

本発明の構造体は、一対の電極を対向させて支持する一対の絶縁部と、該一対の絶縁部間を流体が通過可能なように、前記一対の絶縁部をそれぞれ固定する一対の側部とを備えている。そして、前記一対の絶縁部の少なくとも一方には、特定の領域が他の領域に比較して優先的にクラックが入るようになしたクラック誘導手段が設けられている。

さらに具体的には、本発明の構造体は、第１電極１を支持する第１絶縁部３と、第１電極１に対向して配置される第２電極２を支持する第２絶縁部４と、第１絶縁部３と第２絶縁部４との間に形成される空間ｓの一方端及び他方端のそれぞれに配置される第１側部５及び第２側部６とを備えている。また、第１絶縁部３及び第２絶縁部４のそれぞれの一方端が、第１側部５に対して固定され、且つ第１絶縁部３及び第２絶縁部４のそれぞれの他方端が、第２側部６に対して固定されているとともに、少なくとも第１絶縁部３には、溝７が設けられている。

第１絶縁部３、第２絶縁部４、第１側部５、第２側部６は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、コーディエライト等の電気絶縁材料から成る。第１絶縁部３、第２絶縁部４、第１側部５、第２側部６が、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、まず、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状物を作製する。次に、この泥漿状物が、従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等により、シート状に成形されて、構造体用のセラミックグリーンシート、即ち第１絶縁部３、第２絶縁部４、第１側部５、第２側部６用のセラミックグリーンシートがそれぞれ得られる。次に、これらのセラミックグリーンシートに必要に応じて適当な打ち抜き加工が施される。その後、これらのセラミックグリーンシートを複数枚積層する。最後に、高温（約１５００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。この場合、これらのセラミックグリーンシートはともに一体焼成されることから、第１絶縁部３、第２絶縁部４、第１側部５、第２側部６は互いに焼結して第１絶縁部３および第２絶縁部４は、第１側部５および第２側部６に固定されることとなる。そして、上述の第１絶縁部３、第２絶縁部４、第１側部５、第２側部６により、被処理流体が通過する空間ｓが形成される。

第１電極１および第２電極２は、空間ｓ内にプラズマ場を発生させるための一対の電極である。第１電極１および第２電極２は、構造体の表面または内部、具体的には、第１絶縁部３や第２絶縁部４の表面または内部に形成されている。そして、第１電極１および第２電極２は、互いに一定の距離だけ離間して対向して配設されている。なお、第１電極１および第２電極２は、構造体の外表面、例えば第１側部５および第２側部６の外表面に形成された後述する外部端子９に電気的に接続される。

そして、第１電極１および第２電極２は、以下のように作製される。まず、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末を含む従来周知のメタライズペーストを準備する。そして、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、第１絶縁部３或いは第２絶縁部４用のセラミックグリーンシートの所定の位置に、第１電極１および第２電極２用のメタライズペーストを塗布する。その後、これらのセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、第１電極１および第２電極２を構造体の所定のパターンに形成することができる。

この第１電極１および第２電極２は、図２に示すように、第１絶縁部３および第２絶縁部４の内部に形成しているとよい。これにより、第１電極１および第２電極２が空間ｓ内を通過するオゾンや排ガス等の流体に直接接触しにくくなる。したがって、第１電極１および第２電極２がこの流体により腐食しにくくなる。したがってプラズマ場の強度の低下を抑制することができるため好ましい。そして、第１絶縁部３、第２絶縁部４が、例えばコージェライトからなる場合は、それぞれの絶縁部の表面から第１電極１或いは第２電極２までの最短距離が１００μｍ以上となる位置に形成しておくことが好ましい。

なお、このように第１電極１や第２電極２を第１絶縁部３や第２絶縁部４の内部に形成するには、例えば、まず第１絶縁部３用の少なくとも２枚のセラミックグリーンシートを準備する。そして１枚のセラミックグリーンシートの表面に前記メタライズペーストを所定パターンに塗布する。その後、塗布されたメタライズペーストが、層間にはさまれるように、残りのセラミックグリーンシートを積層すればよい。

また、第１電極１や第２電極２が第１絶縁部３および第２絶縁部４の表面に形成される場合には、これら電極の露出する表面には、ニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。特に第１電極１および第２電極２が、排ガス等の流体に直接曝される場合は特に好ましい。

また、第１絶縁部３や第２絶縁部４の表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。例えば、ニッケル層を形成せずに金めっき層の単層だけを被着している場合には、熱によりニッケルが金めっき層内部の粒界に沿って、金めっき層の表面まで拡散してしまうことがない。したがって領域ごとのニッケルの拡散のバラツキが生じにくいため、各領域における導電特性にばらつきが生じにくくできる。このため、構造体を高温下の環境にて使用する場合は、第１電極１および第２電極２の露出する表面に金めっき層のみを０．１〜１０μｍ程度被着させておくとよい。

また、外部端子９が、構造体の外表面、例えば、第１側部５および第２側部６の外表面に形成されている。外部端子９は、外部電源から第１電極１および第２電極２に電圧を印加するための導電路として機能する。外部端子９は、第１電極１および第２電極２のそれぞれに電気的に接続されている。外部端子９は、上述の第１電極１および第２電極２と同様の手法により作製できる。また、外部端子９の露出する表面には、第１電極１および第２電極２の場合と同様に、ニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。

そして、外部電源の電源端子が、圧接や接合等の手段により外部端子９に電気的に接続される。この外部端子９を通して第１電極１と第２電極２とに電圧を印加することにより第１電極１と第２電極２との対向領域（平面視で第１電極１と第２電極２とが重畳する領域）に、プラズマ場を発生させることができる。そして、構造体の空間ｓ内を通過する流体は、第１電極１と第２電極２との間の対向領域内のプラズマ場を通過することにより分解されて浄化される。例えば、ＮＯ_Ｘ（窒素酸化物）は、下記の反応（１）および（２）により分解して、Ｎ_２およびＯ_２が生成されて浄化される。

２ＮＯ_２ → ２ＮＯ＋Ｏ_２ ・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ_２ → Ｎ_２＋２Ｏ_２・・・・・・・・・（２）
なお、第１電極１と第２電極２との間にプラズマ場を発生させるために、直流電圧（パルス電圧を含む）あるいは交流電圧が印加される。例えば、周波数の高い交流電圧が印加される場合、印加される交流電圧は、必要とされるプラズマ場の強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭ等の酸化成分等の流体を反応させて分解する構造体において、印加される交流電圧およびその周波数は、例えば、１ｋＶ〜１００ｋＶ、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚが好ましい。また直流パルス電圧を印加する場合は、電圧が２ｋＶ〜５０ｋＶ、周波数が１０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚであることが好ましい。

そして、本発明においては、第１絶縁部３には、溝７が設けられている。このことから、第１絶縁部３の溝７が形成された領域は、第１絶縁部３の他の領域よりも機械的強度が低くなる。したがって、構造体に印加された応力が、第１絶縁部３の溝７の形成領域に集中して、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。このように第１絶縁部３において、クラックが入りやすい領域を予め特定しておくことができることから、望まない領域、例えば、第１電極１が破断するような領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制することができる。

また、必要に応じて、外部からの衝撃や電圧を印加した際の熱衝撃によって第１絶縁部３を溝７に沿って破断させ、予め第１絶縁部３の一端を自由端とした構造体とすることができる。したがって、第１絶縁部３の一端を自由端とした構造体として形成する場合においては、第１絶縁部３は両端を固定した状態で製作することができる。これにより第１絶縁部３の製作時における変形を抑制することができ、使用の際まで第１絶縁部３を良好な形状とすることができる。

溝７は、第１側部５および第２側部６に接する領域以外の領域、すなわち、空間ｓに接する予定領域１０において第１絶縁部３に設けられる。このような溝７は、例えば、以下のようにして作製される。まず第１絶縁部３となる構造体用のグリーンシートのいくつかに打抜き金型等の手段により溝７用の穴を打抜いておく。次に溝７用の穴を打抜いたセラミックグリーンシートを、溝７用の穴を打抜いていない他のセラミックグリーンシートに積層すればよい。

また、第１電極１は、第１側部５がわの外部端子９に電気的に接続されているとともに、第１側部５から第２側部６に向かって延在しているとともに、溝７は、第１絶縁部３における第２側部６がわの領域に設けられていることが好ましい。なお、第２側部６がわとは、第１絶縁部３の予定領域１０の中間よりも第２側部６寄りの領域であることをいう。このことから、第１絶縁部３は、第２側部６がわにおいて機械的強度を低くしているので、第１絶縁部３の第２側部６がわで優先的にクラックを発生させることができる。これにより、第１電極１が破断したとしたときであっても、第１絶縁部３の第１側部５がわで優先的にクラックを発生させた場合と比較して、第１電極１と第２電極２とが対向する領域をできるだけ広くできる。したがって、第１電極１と第２電極２との間のプラズマ場の発生が大きく低減することを抑制することができる。なお、第２側部６から第１側部までの第１絶縁部３の予定領域１０の長さを１００としたとき、第２側部６から溝７までの第１絶縁部３の長さが１０以内となる位置に設けられることが好ましく、できるだけ第２側部６に近い領域、すなわち、平面視で第２側部６の内壁面と接する領域に設けることがより好ましい。

また、図４〜図６に示すように、溝７は、その深さが深くなるに連れて幅が狭くなるようにすることが好ましい。なお、図４（ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＥ方向から見た側面図である。図５（ａ）は、図４（ａ）のＦ−Ｆ’線における断面図、図５（ｂ）は、図４（ｂ）のＧ−Ｇ’線における断面図、図５（ｃ）は、図４（ｂ）のＨ−Ｈ’線における断面図である。図６は、図４における構造体の斜視図の一例である。このことから、第１絶縁部３は溝７の一底部を起点としてクラックが発生しやすくなるので、熱応力により第１絶縁部３にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。

なお、図４〜図６に示すようなＶ字状の溝７は、カッター刃や金型を第１絶縁部３となる構造体用のセラミックグリーンシートに押し付けて切込みを入れておくことによって第１絶縁部３の主面に形成される。

また、図７に示すように、溝７は、第１絶縁部３の一方主面及び第１絶縁部３の他方主面の双方に設けられていても構わない。なお、第１絶縁部３の一方主面及び第１絶縁部３の他方主面の双方に設けられる場合、これらの溝７は、平面視で重畳する領域に設けられる。このことから、第１絶縁部３は、第１絶縁部３の一方主面から第１絶縁部３の他方主面に向かってクラックが発生しやすくなる。したがって、熱応力により第１絶縁部３にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。

また、溝７は、第１絶縁部７の一方の側面から他方の側面まで延在されていることが好ましい。このことから、第１絶縁部３は、溝の一方の側面から他方の側面の方向に沿ってクラックが進行しやすくなる。したがって、熱応力により第１絶縁部３にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。

また、図８に示すように、空間ｓが上下方向に複数並列に形成されていても構わない。なお、図８は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。このように、空間ｓを上下方向に複数形成する場合、第１電極１と第２電極２とは、交互に対向して上下方向に配設される。これにより、それぞれの空間ｓ内でプラズマ場を発生させることができる。したがって、それぞれの空間ｓ内を通過する流体に対して、プラズマ反応を発生させることができる。

また、図９に示すように、第１絶縁部３に面する側の第２絶縁部４の主面で、且つ溝７に対向する領域に、凸状絶縁部１１が形成されていても構わない。なお、図９は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。このことから、第２絶縁部４の凸状絶縁部１１が形成された領域は、第２絶縁部４の他の領域よりも突出することとなる。そして、第１絶縁部３の溝７が形成された領域において、第１絶縁部３が破断した結果、その一端が自由端となった際には、振動等により第１絶縁部３の自由端側が、第２絶縁部３側に過剰に湾曲しようとしても、第１絶縁部３の自由端側を凸状絶縁部１１に接触させることにより過剰な湾曲を抑制することができる。

このような凸状絶縁部１１は、次のようにして製作される。まず、第２絶縁部４と実質的に同様のセラミック粉末を含む従来周知のセラミックペーストを準備する。そして、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、第２絶縁部４となる構造体用のセラミックグリーンシートの所定の位置に、凸状絶縁部１１用のセラミックペーストを塗布する。その後、これらのセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、凸状絶縁部１１を構造体の所定のパターンに形成することができる。

また、図１０に示すように、第1電極１は、第１絶縁部３の内部に埋設されているとともに、溝７にて第１絶縁部３が破断したとした場合であっても、第１電極１の端部が外部に露出しないものである。なお、図１０（ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における構造体の第１絶縁部３が溝７において分離された状態を示す断面図である。このことから、第１電極１が外部の雰囲気に直接接触しにくくなり、第１電極１が外部の雰囲気により腐食する可能性を低減することができる。なお、このような第１電極１は、構造体を平面視した際、第１電極１と溝７が形成された領域とが重畳しないようにしておくことにより形成される。

次に、本発明の他の実施の形態の一例について説明する。他の実施の形態は、図１１〜図１３に示すように、溝７の代わりに空洞８が第１絶縁部３に形成されたものである。なお、図１１（ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＩ方向から見た側面図である。図１２（ａ）は、図１１（ａ）のＪ−Ｊ’線における断面図、図１２（ｂ）は、図１１（ｂ）のＫ−Ｋ’線における断面図、図１２（ｃ）は、図１１（ｂ）のＬ−Ｌ’線における断面図である。図１３は、図１１における構造体の斜視図の一例である。

すなわち、本発明の他の実施形態にかかる構造体は、第１電極１を支持する第１絶縁部３と、第１電極１に対向して配置される第２電極２を支持する第２絶縁部４とを備えている。さらには、第１絶縁部３と第２絶縁部４との間に形成される空間ｓの一方端及び他方端のそれぞれに配置される第１側部５及び第２側部６とを備えている。そして、第１絶縁部３及び第２絶縁部４のそれぞれの一方端が、第１側部５に対して固定されている。また第１絶縁部３及び第２絶縁部４のそれぞれの他方端が、第２側部６に対して固定されている。さらに第１絶縁部３には、空洞８が設けられている。

なお、空洞８が設けられた構造体は、上述の溝７が設けられた構造体と同様のものが用いられることから、重複する説明については省略する。また、空洞８は、溝７と同様に予定領域１０内において少なくとも第１絶縁部３に設けられる。

このことから、第１絶縁部３の空洞８が形成された領域は、第１絶縁部３の他の領域よりも機械的強度が低くなる。したがって、構造体に印加された応力が、第１絶縁部３の空洞８の形成領域に集中して、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。このように第１絶縁部３において、クラックが入りやすい領域を予め特定しておくことができることから、望まない領域、例えば、第１電極１が破断するような領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制することができる。なお、空洞８を有する構造体は、第１絶縁部３に対して溝７を形成した場合に採用した構造と同様の構造をそれぞれ用いることができる。

このような空洞８を有する第1絶縁部３は、例えば、以下のようにして作製される。即ち、第１絶縁部３用のセラミックグリーンシートのうち、少なくとも１枚に、打抜き金型等の手段により空洞となるための貫通溝を開けておく。そして、貫通溝を開けていない他の第１絶縁部３用のセラミックグリーンシートを、貫通溝を形成したセラミックグリーンシートの両面に積層することにより形成することができる。

また、図１４、図１５に示すように、空洞８は、その厚み方向に第１絶縁部３を貫通する貫通孔として形成し、これらの空洞８を複数配列するようにしても構わない。なお、図１４（ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＭ方向から見た側面図である。図１５（ａ）は、図１４（ａ）のＮ−Ｎ’線における断面図、図１５（ｂ）は、図１４（ｂ）Ｏ−Ｏ’線における断面図、図１５（ｃ）は、図１４（ｂ）のＰ−Ｐ’線における断面図である。この場合においても、空洞８が形成された領域の周囲において第１絶縁部３の機械的強度が弱くなり、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。

次に、本発明の他の実施の形態の一例について説明する。溝７或いは空洞８の代わりにポーラス状部が第１絶縁部３に形成されたものである。

すなわち、本発明の他の実施形態にかかる構造体は、第１電極１を支持する第１絶縁部３と、第１電極１に対向して配置される第２電極２を支持する第２絶縁部４とを備えている。また第１絶縁部３と第２絶縁部４との間に形成される空間ｓの一方端及び他方端のそれぞれに配置される第１側部５及び第２側部６とを備えている。そして第１絶縁部３及び第２絶縁部４のそれぞれの一方端が、第１側部５に対して固定されている。また第１絶縁部３及び第２絶縁部４のそれぞれの他方端が、第２側部６に対して固定されているとともに、第１絶縁部３には、ポーラス状部が設けられている。

なお、ポーラス状部が設けられた構造体は、第１絶縁部３に対して溝７を形成した場合に採用した構造と同様の構造が採用可能であることから、重複する部分については説明を省略する。

そして、ポーラス状部は、溝７或いは空洞８と同様に予定領域１０内において第１絶縁部３に設けられる。このことから、第１絶縁部３のポーラス状部が形成された領域は、第１絶縁部３の他の領域よりも機械的強度が低くなる。したがって、構造体に印加された応力が、第１絶縁部３のポーラス状部の形成領域に集中して、この領域が他の領域よりも優先的にクラックが入りやすくなる。このように第１絶縁部３において、クラックが入りやすい領域を予め特定しておくことができることから、望まない領域、例えば、第１電極１が破断するような領域にクラックが入ることをあらかじめ抑制することができる。なお、ポーラス状部は、第１絶縁部３に対して溝７或いは空洞８と同様の実施形態をそれぞれ用いることができる。

このようなポーラス状部が形成された領域は、第１絶縁部３の他の領域よりも空孔率が大きくなるように形成されている。ポーラス状部が形成された領域は、第１絶縁部３用の他の領域のセラミックグリーンシートよりも有機溶剤等や有機バインダー等の含有率を高くしたセラミックグリーンシートや絶縁ペーストを、ポーラス状部が形成される領域に採用することで作製される。例えば、構造体の他の領域よりも焼結助剤（酸化アルミニウム質焼結体から成る場合のＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ等）の含有率を低くなしたり、セラミック粉末（酸化アルミニウム質焼結体から成る場合のＡｌ_２Ｏ_３粉末）の粒径を大きくなしたセラミックグリーンシートや絶縁ペーストを用いてもよい。また、第１絶縁部３となる構造体用のセラミックグリーンシートに凹部を形成しておき、この凹部に構造体の他の領域よりも有機溶剤等や有機バインダー等の含有率を高くした絶縁ペーストを充填しておき、焼成することによっても形成することができる。

また、溝７或いは空洞８もしくはポーラス状部のいずれか２つ以上を第１絶縁部３に設けても構わない。この場合、溝７、空洞８、ポーラス状部等のクラック誘導手段を介してクラックが進行しやすくなるので、熱応力により第１絶縁部３にクラックが発生したとしても、望まない方向にクラックが進行する可能性を低減することができる。なお、溝７或いは空洞８もしくはポーラス状部のいずれか２つ以上を第１絶縁部３に設ける場合は、これらのクラック誘導手段が平面視で重畳するように設けることが好ましい。

また、溝７或いは空洞８もしくはポーラス状部は、第１絶縁部３と同様に第２絶縁部４に設けても構わない。なお、第２絶縁部４に溝７或いは空洞８もしくはポーラス状部を設ける場合には、上述の第１絶縁部３に溝７或いは空洞８もしくはポーラス状部を設ける方法と同様な方法を用いることにより設けることができる。これにより、第２絶縁部４においても、溝７或いは空洞８もしくはポーラス状部等のクラック誘導手段により第１絶縁部３に設けた場合と同様の効果を得ることができる。また、第１絶縁部３と第２絶縁部４とに溝７を設ける場合、例えば、図１６に示すように、第１絶縁部３に設けられる溝７と第２絶縁部４に設けられる溝７とが同一方向における主面（図１６では上方向における第１絶縁部３の主面および上方向における第２絶縁部４の主面）に形成しても構わない。

また上述の構造体において、構造体を形成する第１絶縁部５及び第２絶縁部６、並びに第１側部５及び第２側部６が、同一の材料を含んでなることが好ましい。このことから、これら各部材間の熱特性を近いものとできる。すなわち、これら部材間の熱膨張率の差が小さい、或いは熱膨張率が等しくなるので、これら各部材間に熱応力が発生することを抑制し、構造体が破損する可能性を低減することができる。

そして、上述した溝７、空洞８、ポーラス状部のうち、予め第１絶縁部３の一端を自由端とする場合には、必要に応じて容易に破断させやすいことから、溝７を形成することが好ましい。また、溝７は、クラック誘導手段として簡便に形成しやすい。

そして、第１絶縁部３の厚みが厚い場合は、第1絶縁部３の内部において必要な方向にクラックを誘導させやすくすることから、空洞８を形成することが好ましい。

そして、第１絶縁部３の厚みが薄い場合は、第１絶縁部３に溝７或いは空洞８を形成するよりもポーラス状部を形成することが容易であるため、このような場合は、ポーラス状部を作製することが好ましい。

本発明の装置は、第１電極１と第２電極２との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加することにより、第１絶縁部３と第２絶縁部４との間に形成される空間ｓ内にプラズマを発生させるとともに、空間ｓに被処理流体を流入させるものである。これにより、第１電極１と第２電極２との間にプラズマ場が発生するので、第１絶縁部３と第２絶縁部４との間に形成される空間を流れる非処理流体に対して、プラズマ反応させることができる装置となる。

あるいは本発明の装置は、被処理流体が酸素であり、空間ｓ内に酸素を流入させることにより、オゾンを発生させるものであってもよい。これにより、プラズマ反応により酸素をオゾンに変化させることができるオゾン発生器となる。

あるいは本発明の装置は、図１７に示すように、被処理流体が、炉或いは内燃機関からの排ガスであり、空間ｓに排ガスを流入させる第１の流路と、空間ｓから排出される排ガスを、空間ｓから流出させる第２の流路とを備えている。これにより、第１の流路を介して排ガスをプラズマ発生体の空間に良好に流入させることができるので、プラズマ発生体において排ガスをプラズマ反応により良好に浄化した被処理ガスとすることができる。そして、被処理ガスを第２の流路を介して放出させることができる。

なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるエンジン等の排ガスの浄化等について説明を行っているが、その他の用途に使用される構造体に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシンの分解、花粉の分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載される構造体および構造体を備えた装置、流体処理装置等に適用することができる。

（ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ方向から見た側面図である。 （ａ）は、図１（ａ）の構造体のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｂ）は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ’線における断面図、（ｃ）は、図１（ｂ）のＤ−Ｄ’線における断面図である。 本発明の構造体の実施の形態の一例を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥ方向から見た側面図である。 （ａ）は、図４（ａ）の構造体のＦ−Ｆ’線における断面図、（ｂ）は、図４（ｂ）のＧ−Ｇ’線における断面図、（ｃ）は、図４（ｂ）のＨ−Ｈ’線における断面図である。 本発明の構造体の実施の形態の一例を示す斜視図である。 本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）における構造体の第１絶縁部が溝において分離された状態を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ方向から見た側面図である。 （ａ）は、図１１（ａ）の構造体のＪ−Ｊ’線における断面図、（ｂ）は、図１１（ｂ）のＫ−Ｋ’線における断面図、（ｃ）は、図１１（ｂ）のＬ−Ｌ’線における断面図である。 本発明の構造体の実施の形態の一例を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の構造体の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＭ方向から見た側面図である。 （ａ）は、図１４（ａ）の構造体のＮ−Ｎ’線における断面図、（ｂ）は、図１４（ｂ）のＯ−Ｏ’線における断面図、（ｃ）は、図１４（ｂ）のＰ−Ｐ’線における断面図である。 本発明の構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の装置の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・第１電極
２・・・第２電極
３・・・第１絶縁部
４・・・第２絶縁部
５・・・第１側部
６・・・第２側部
７・・・溝
８・・・空洞
９・・・外部端子
１０・・・予定領域
１１・・・凸部絶縁部
１２・・・第１の流路
１３・・・第２の流路
ｓ・・・空間

Claims (14)

1. 第１電極を支持する第１絶縁部と、
   前記第１電極に対向して配置される第２電極を支持する第２絶縁部と、
   前記第１絶縁部と前記第２絶縁部との間に形成される空間の一方端及び他方端のそれぞれに配置される第１側部及び第２側部と、を備え、
   前記第１絶縁部及び前記第２絶縁部のそれぞれの一方端が、前記第１側部に対して固定され、且つ
   前記第１絶縁部及び前記第２絶縁部のそれぞれの他方端が、前記第２側部に対して固定されているとともに、
   前記第１絶縁部には、溝或いは空洞もしくはポーラス状部が設けられている構造体。
2. 前記第１電極は、前記第１側部がわの外部端子に電気的に接続されるとともに、前記第１側部から前記第２側部がわに向かって延在されており、
   前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部は、前記第１絶縁部における前記第２側部がわの領域に設けられている請求項１に記載の構造体。
3. 前記第１電極は、前記第１側部から前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部の形成領域の手前まで延在されている請求項１または請求項２に記載の構造体。
4. 前記第１絶縁部に面する側の前記第２絶縁部の主面で、且つ前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部に対向する領域に、凸状絶縁部が形成されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の構造体。
5. 前記第1電極は、前記第１絶縁部の内部に埋設されているとともに、
   前記溝或いは前記空洞もしくは前記ポーラス状部にて前記第１絶縁部が破断した場合であっても、前記第１電極の端部が外部に露出しない請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の構造体。
6. 前記溝は、前記第１
   絶縁部の一方主面及び前記第１絶縁部の他方主面の双方に設けられている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の構造体。
7. 前記溝は、その深さが深くなるに連れて幅が狭くなる請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の構造体。
8. 前記溝は、前記第１絶縁部の一方の側面から他方の側面まで延在されている請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の構造体。
9. 前記第１絶縁部及び前記第２絶縁部、並びに前記第１側部及び前記第２側部が、同一の材料を含んでなる請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の構造体。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の構造体と、
    前記構造体の前記第１電極と第２電極とに接続され、前記第１電極と第２電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加するための電圧印加部と、を備えた装置。
11. 前記第１電極と第２電極との間に交流電圧あるいは直流電圧を印加することにより、
    前記第１絶縁部と第２絶縁部との間に形成される空間内にプラズマを発生させるとともに、
    前記空間に被処理流体を流入させる請求項１０に記載の装置。
12. 前記被処理流体が酸素であり、前記空間に酸素を流入させることにより、オゾンを発生させる請求項１０に記載の装置。
13. 前記被処理流体が、炉或いは内燃機関からの排ガスであり、前記空間に前記排ガスを流入させる第１の流路と、
    前記空間から排出される被処理ガスを、前記空間から流出させる第２の流路とをさらに備えた請求項１０に記載の装置。
14. 一対の電極を対向させて支持する一対の絶縁部と、
    該一対の絶縁部間を流体が通過可能なように、前記一対の絶縁部をそれぞれ固定する一対の側部とを備え、
    前記一対の絶縁部の少なくとも一方には、特定の領域が他の領域に比較して優先的にクラックが入るようになしたクラック誘導手段が設けられている構造体。

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