JP2012052169A - 電解用電極、この電解用電極を備えた電解水生成装置、この電解水生成装置を備えた除菌装置、及び電解用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンを生成する電解用電極として、Ｔｉ（チタン）の基板の表面に、Ｐｔ（白金）の被覆膜が形成されたものがあるが、オゾンの生成量をアップさせるために電流密度を高くすれば、この被覆膜が破れる虞があるため、この被覆膜を厚くしなければならず、コストアップとなる。このような点に鑑みて、低電流密度（低電圧）でも高いオゾン生成効率が得られ、低コスト化に適する電解用電極を提供するものである。
【解決手段】陰極と対向する電解作用の有効電極面が、チタン等の弁金属またはその酸化物で形成された第１領域と、白金等の貴金属または貴金属の合金で形成された第２領域とを備え、前記第１領域及び前記第２領域が前記陰極との対向面に露出して形成された電解用電極。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解部によって水を電気分解してオゾンを生成する電解用電極、この電解用電極を備えた電解水生成装置、この電解水生成装置を備えた除菌装置、及び電解用電極の製造方法に関する。

水を電気分解してオゾンを含む電解水を生成し、この電解水を除菌や脱臭を行なう部位に連続的または断続的に供給する技術は従来から存在する。この場合、容易に高濃度のオゾン水が連続的に得られるオゾン水製造装置を提供するために、電気分解に使用されるオゾン生成用電極として、陽極電極に、貴金属の線を編んで構成した金網を使用するものであり、その貴金属として白金の線を編んで構成した金網を使用することで、オゾン発生効率を高く保つ技術が開示されている。なお、陰極電極には、銀の線を編んで構成した金網を使用している。これは、陰極電極に金，白金，イリジウム等が知られているが、銀は金，イリジウムまたは白金に比べ、固形電解質膜よりの水素電子を受け易い現象があり、結果として数倍のオゾンを発生する作用を呈し、銀自体がカルシウム等の堆積が最も少ないという作用を呈するとしている（特許文献１参照）。

特許第３２９７２２７号公報

特許文献１の陽極電極は、白金の線を編んで構成した金網を使用するため、高価であると共に、低電流密度では十分なオゾン生成効率が得られない、という問題があった。

オゾンを生成する電解用電極として、Ｔｉ（チタン）の基板の表面に、Ｐｔ（白金）の被覆膜が形成されたものがあるが、オゾンの生成量をアップさせるために電流密度を高くすれば、この被覆膜が破れる虞があるため、この被覆膜を厚くしなければならず、コストアップとなる。

また、オゾンを生成する電解用電極として、Ｔｉ（チタン）のみの電極とした場合、通電によって表面の酸化膜が次第に厚くなって、オゾン生成効率が低下する。

本発明は、このような点に鑑みて、低電流密度（低電圧）でも高いオゾン生成効率が得られ、低コスト化に適する電解用電極を提供するものである。この電解用電極は、オゾンやＯＨラジカル等の活性酸素種を生成することに適するものである。

第１発明の電解用電極は、陰極と対向する電解作用の有効電極面が、チタン等の弁金属またはその酸化物で形成された長方形状の第１領域と、前記長方形状の長辺及びまたは短辺から略等距離にて前記第１領域の中央部に、前記長辺に沿って延びた白金等の貴金属または貴金属の合金で形成された第２領域を形成したことを特徴とする電解用電極。

第２発明の電解用電極は、陰極と対向する電解作用の有効電極面がチタン等の弁金属またはその酸化物の円形または正方形状の第１領域と、前記第１領域辺縁部から略等距離にて前記第１領域の中央部に白金等の貴金属または貴金属の合金で形成された第２領域を形成したことを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明において、前記第１領域は、チタン、タンタル、アルミニウム、ニオブ、亜鉛、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、ビスマス、アンチモンのいずれかまたはこれらを含む合金で構成され、前記第２領域は、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのいずれかまたはこれらを含む合金で構成されたことを特徴とする。

第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、陰極と対向する電解作用の有効電極面の面積の６％以上且つ１００％未満が前記第１領域であることを特徴とする。

第５発明は、第１発明乃至第４発明のいずれかに記載の電解用電極を電解部に備え、前記電解部にてオゾンを含む電解水を生成することを特徴とする。

第６発明は、第５発明に記載の電解水生成装置にて生成された電解水によって、空気または水を除菌脱臭することを特徴とする。

第７発明は、前記第１領域及び前記第２領域が第３発明に記載された構成であり、前記第１領域を備えた電極基材の上に前記第１領域を覆うようにスパッタ法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、電気メッキ法、熱分解法、溶射法のいずれかにより前記第２領域を形成した後、前記第２領域の一部が前記第１領域内に残るように、前記第２領域の周縁部を物理的または化学的に除去した残存領域で形成されることを特徴とする。

第１発明では、電解用電極において、陰極と対向する電解作用の有効電極面が、チタン等の第１領域と白金等の第２領域を形成したことにより、第１領域と第２領域が陰極と対向する状態である。これによって、第１領域の全面を第２領域が覆う場合に比して、第１領域の酸化膜が厚くなる成長が抑制されることとなり、オゾン生成効率が大きく向上するため、低電圧で高効率のオゾン生成ができることとなる。このため、電解部へ供給する電源容量が小さくても、長寿命の電解水生成機能が確保できるものとなり、電解部へ供給する電源が市販されている乾電池であっても、電池電圧が低下するまでの寿命を長くできることとなり、小型化のために市販されている乾電池を採用した電解水生成装置の提供としても好適となる。この電解用電極は、オゾンやＯＨラジカル等の活性酸素種を生成することに適するものである。

また、第１発明では、第２領域を囲んで第１領域が存在することにより、第２領域による第１領域の酸化膜が厚くなる成長の抑制が良好となり、オゾン生成効率が大きく向上する。また、第１領域及び第２領域の形成が容易となる一般的な形態である長方形状をなす板状電極を採用することに適したものとなり、電極の製作が容易となる。

第２発明では、円形または正方形状をなす板状電極を採用することに適したものとなり、電極の製作が容易で、且つ第１発明同様の効果を奏する電解用電極となる。

第３発明によって、第１領域の構成と第２領域の構成における選択肢が増えるため、電解用電極の製作がし易くなる。

第４発明によって、少なくとも第１領域が陰極と対向する状態で露出状態にあることによって、第１領域の全面に第２領域を形成した場合に比して、オゾン生成効率が大きく向上するため、低電圧で高効率のオゾン生成ができることとなり、第１発明乃至第３発明と同様の効果を奏する電解用電極となる。

また、第５発明によって、第１発明乃至第４発明のいずれかに記載の電解用電極を電解部に備えた電解水生成装置として、オゾン生成効率が大きく向上したものとなる。

また、第６発明は、第５発明の電解水生成装置にて生成された電解水によって、空気または水を除菌脱臭することにより、電解部へ供給する電源容量が小さくても、オゾン生成効率が高い除菌装置が提供できるものとなる。

また、第７発明によって、陰極と対向する有効電極面の表面に、厚さが均一に白金等の第２領域を形成することが可能となるため、オゾンやＯＨラジカル等の活性酸素種の生成効率の向上を図ることができる電極を提供できるようになる。また、電解用電極は、ＰｔとＡｇをターゲットとして電極基材の表面にスパッタ法により、第２領域を形成することにより、電極基材の表面に均一にＰｔとＡｇの合金による第２領域を形成することができるため、第２領域の厚さが均一なＰｔとＡｇの合金層を構成することが可能となり、オゾンやＯＨラジカル等の活性酸素種の生成効率の向上を図ることができるようになる。

本発明に係る電解用電極を矩形状電極で示す模式図である。 本発明に係る電解用電極を製造する工程の説明図。 本発明に係る電解用電極を備えた電解水生成装置の概略構成図である。 図１に示す電解用電極における第１領域の面積比に対する電流効率の関係を示す図である。 本発明に係る矩形状の電解用電極における第２領域を一方の長辺に偏って配置した状態の模式図である。 図１に示す電解用電極と電解槽との関係を示す説明図である。 本発明に係る矩形状の電解用電極の一つの形態と電解槽との関係を示す説明図である。 本発明に係る正方形状の電解用電極と電解槽との関係を示す説明図である。 本発明に係る円形状の電解用電極と電解槽との関係を示す説明図である。 本発明の電解水生成装置を組み込んだ空気清浄装置の外観を示す斜視図である。 図１０に示す空気清浄装置の内部構成を示す斜視図である。 図１０に示す空気清浄装置の内部構成を示す右側断面視図である。 図１０に示す空気清浄装置の電解水の供給の様子を説明する空気除菌機構の構成を示す模式図である。 本発明に係る塩徐放用カートリッジを取り付けた電解水生成装置を採用した電気洗濯機の縦断側面図である。 本発明に係る電解用電極を陽極及び陰極に備えた電解水生成装置の概略構成図である。

本発明に係る電解用電極は、陰極と対向する電解作用の有効電極面が、チタン等の弁金属またはその酸化物で形成された第１領域と、白金等の貴金属または貴金属の合金で形成された第２領域とを備え、前記第１領域及び前記第２領域が前記陰極との対向面に露出して形成されたものであり、以下にその電解用電極の構成及び製造方法、この電解用電極を備えた電解水生成装置、更にこの電解水生成装置を備えた除菌装置についての実施例を記載する。

水の電気分解によってオゾンを発生させ、このオゾンを含む電解水を生成する場合、水中に配置した陽極と陰極との間に、直流電源の電圧が印加される。本発明に係るオゾン生成のための電解用電極１００は、主として陽極に適用することによって、オゾン生成効率が向上し、低電圧で高効率のオゾン生成ができる効果を発揮するものである。

本発明に係る電解用電極１００は、陰極５００と対向する電解作用の有効電極面が、チタン等の弁金属またはその酸化物で形成された第１領域３００と、白金等の貴金属または貴金属の合金で形成された第２領域４００とを備え、第１領域３００及び第２領域４００が陰極５００との対向面に露出して形成されている。

本発明に係る電解用電極１００の代表的な一つを図１に示している。図１は、構成を理解するために示した模式図であり、実際の構成は以下に記載するものである。この電解用電極１００は、電極基材２００の陰極５００との対向面に第１領域３００と第２領域４００とを備え、第１領域３００及び第２領域４００が陰極５００との対向面に露出して形成されている。

第１領域３００は、電極基材２００の表面に形成されるため、電極基材２００として、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニオブ（Ｎｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）のいずれかまたはこれらを含む合金を用いることによって、電極基材２００の表面がこれらの材質の第１領域３００となる。

また、第２領域４００は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）のいずれかまたはこれらを含む合金で構成される。

次に、第１領域３００と第２領域４００の形成について説明する。電極基材２００として、代表的なチタン（Ｔｉ）を用いる。例えば、図１に示すチタン（Ｔｉ）の電極基材２００の大きさは、縦寸法Ｌ１が８０ｍｍ、横寸法Ｌ２が２０ｍｍ、厚さＬ３が１ｍｍである。

次に、本発明の電解用電極１００の製造方法について説明する。上記の所定の大きさの電解用電極１００を一つ一つ作製してもよいが、実施例では、この所定の大きさの電解用電極１００を一つ一つ作製することは効率的でないため、図２に示すように、この電解用電極１００に相当する大きさの電極基材２００が複数枚（図２では１６枚）採れる大きさを有するチタン（Ｔｉ）の平板２００Ａを大きな電極基材２００として用意する。

先ず、このチタン（Ｔｉ）平板２００Ａの前処理工程を実行する。前処理工程では、先ず、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面を研磨紙にて研磨し、水洗いを行う。これにより、表面の汚染物質を除去し、表面の平坦処理を行う。更に、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面を超音波洗浄によるアセトン洗浄及び超音波洗浄による水洗いを行い、その後、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａをシュウ酸によりエッチング処理を沸騰で５ｍｉｎ（５分）行い、このチタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面に形成された自然酸化膜の除去を行う。これにより、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面をより平坦な状態とする。その後、純水にてチタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面のリンスを行い（超音波洗浄）、前処理工程を終了する。この状態で、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面が第１領域３００である。

前処理工程終了後、既存のスパッタ装置のチャンバー内に、このチタン（Ｔｉ）平板２００Ａを導入し、第２領域４００の成膜を行う。実施例では、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａへの第２領域４００の形成は、スパッタ法により実行する。ここでは、高周波マグネトロンスパッタ装置を使用し、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面の第１領域３００を覆うように、Ｐｔ−Ａｇ合金の薄膜４００Ａを第１領域３００の全面に形成する。スパッタの条件は、第２領域４００の層４００ＡをＰｔとＡｇの合金により構成するため、ターゲットとして、白金（Ｐｔ）濃度が９７重量（ｗｔ）％で銀（Ａｇ）濃度が３重量（ｗｔ）％のＰｔ−Ａｇ焼結体を用い、高周波出力を１００Ｗ、スパッタガスとして純度６Ｎ以上のアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、ガス圧を５ｍＴｏｒｒとして、室温で１０分間、第２領域４００の層４００Ａの成膜を実行する。なお、これに限定されず、所定純度のＰｔとＡｇとを予め所定比率にて混合したものをターゲットとして用い、スパッタ法によりチタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面に第２領域４００の層４００Ａの成膜を行ってもよく、また、ＰｔとＡｇは、それぞれの純度のＰｔとＡｇとをそれぞれ所定量を隣接して配置して、スパッタ法によるチタン（Ｔｉ）平板２００Ａへの第２領域４００の層４００Ａの成膜を行うことでもよい。

これにより、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面には、厚さ１５０ｎｍ（ｎｍはナノメートル）程度の第２領域４００の層４００Ａが形成される。この第２領域４００の層４００Ａの厚さは、これに限定されないが、１００ｎｍ乃至１０μｍが適切である。以上の工程により、適切な厚さ、適切な量で、面内均一性が高く、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面に所定のＰｔ−Ａｇ濃度（ｗｔ％。構成比率）にて第２領域４００の層４００Ａを形成することが可能となる。

上記では、第２領域４００の層４００Ａの成膜方法としてスパッタ法を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、電気メッキ法、熱分解法、溶射法などであってもよい。

上記のように、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面の第１領域３００の全面を覆うように第２領域４００の層４００Ａが形成されたチタン（Ｔｉ）平板２００Ａにおいて、第２領域４００が所定位置に所定の大きさで残るように、第２領域４００の層４００Ａの不要部を除去する。即ち、図２に示す第２領域４００が残るように、その周辺部の第２領域４００の層４００Ａを除去する。この除去は、研磨紙による研磨、サンドブラスト法、イオンミリング法等による物理的方法により行なうが、王水等によるウェットエッチングや反応性イオンエッチング等の化学的方法を用いてもよい。

なお、上記のように第２領域４００の層４００Ａを物理的または化学的に除去して、第２領域４００を形成する方法に替えて、上記の製造方法において、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面の第１領域３００の全面を覆うように第２領域４００の層４００Ａを形成するのではなく、所定位置に所定の大きさで第２領域４００が形成されるように、予め第２領域４００以外の第１領域３００をマスクした状態で、第２領域４００の成膜を行うことでもよい。

このようにして、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａの表面の第１領域３００の上に第２領域４００が形成された状態で、チタン（Ｔｉ）平板２００Ａを所定の寸法、例えば、図２に点線で示すように、８ｃｍ×２ｃｍに切断する。実施例では、この切断はせん断加工により行っているが、これに限定されるものではなく、金型によるプレス加工やレーザー加工などであってもよい。

このように、第２領域４００の層４００Ａの不要部を除去することにより、第２領域４００を取り囲んで第１領域３００としてのチタン（Ｔｉ）が露出する。図１には、このようにして製造された電解用電極１００の好ましい形態の一つを示しており、第１領域３００及び第２領域４００が陰極５００との対向面に露出して形成され、第２領域４００を囲んで第１領域３００が存在する構成である。

上記のようにして製造された電解用電極１００は、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ^２で１〜２０時間のエージング（陽極酸化）を行なって電気分解に使用可能な正式な電解用電極１００として完成する。

次に、上記のようにして製造された電解用電極１００を用いた電気分解によるオゾン生成について、図３を参照して説明する。図３は本実施例の電解用電極１００を適用した電解水生成装置１１０の概略説明図である。電解水生成装置１１０は、電解槽７００と、上述した如き陽極としての電解用電極１００と、陰極としての電極５００と、電極１００と電極５００に直流電流を印加する電源６００とから構成される。電源６００は電池を使用し、この電解槽７００内には、電解質溶液としての水道水８００が貯溜されている。

電解槽７００内に水温２０℃の水道水８００を３００ｍＬ（ｍＬはミリリットルを示す）貯溜する。電解用電極１００及び陰極５００を水道水８００の中に浸漬させる。この実施例における電解用電極１００及び陰極５００の対向面の面積は、それぞれ８０ｍｍ×２０ｍｍ＝１６００ｍｍ^２であり、電解作用の有効電極面の面積、即ち、水道水８００の中に浸漬した浸漬部（図１のＷＬ以下の範囲）の面積は４０ｍｍ×２０ｍｍ＝８００ｍｍ^２である。そして、電解用電極１００及び陰極５００の電極間距離は１０ｍｍとする。そして、電源６００により電流密度２０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流が電解用電極１００及び電極５００に印加される。

図３に示す実施例の電解水生成装置１１０において、上記電解用電極１００の有効電極面（図１のＷＬ以下の範囲）における第１領域３００の面積比（％）に対する電流効率（％）の関係を図４に基づき説明する。横軸は第１領域３００の面積比（％）であり、電解用電極１００の有効電極面に対して第１領域３００が占める面積の割合である。横軸に酸化Ｔｉ面積比（％）と記載しているのは、電解用電極１００を陽極として通電すれば、その電極面に酸化膜が形成されることから、そのように記載しているものであって、第１領域３００の面積比（％）と同じである。また、電流効率％は、電解用電極１００への入力電流に対するオゾン生成のための電気分解に寄与した電流の割合である。

電解用電極１００は、上記の製造方法によって、図１で示すように、チタン（Ｔｉ）の電極基材２００の片側面に第１領域３００が形成され、この第１領域３００内には、第１領域３００の下側の短辺及び左右の長辺から略等距離にて、長辺に沿って縦長に延びたＰｔ−Ａｇ合金の第２領域４００を形成した矩形状の電解用電極１００である。第２領域４００は、白金（Ｐｔ）濃度が９８重量（ｗｔ）％で銀（Ａｇ）濃度が２重量（ｗｔ）％のＰｔ−Ａｇ合金の膜であり、第２領域４００の厚さは１５０ｎｍ（ｎｍはナノメートル）である。ここで、第２領域４００を白金（Ｐｔ）ではなくＰｔ−Ａｇ合金としたのは、白金（Ｐｔ）よりＰｔ−Ａｇ合金の方が良好なオゾン生成が得られるためである。例として、第１領域３００が９６％、第２領域４００が４％の場合において比較する。第２領域４００を白金（Ｐｔ）とすると電流効率は略４．０％であるのに対し、第２領域４００を上記のように白金（Ｐｔ）濃度が９８重量（ｗｔ）％で銀（Ａｇ）濃度が２重量（ｗｔ）％のＰｔ−Ａｇ合金とすると電流効率は略６．５％となり、白金（Ｐｔ）よりＰｔ−Ａｇ合金の方が良好なオゾン生成が得られることが分かる。なお、良好なオゾン生成が得られるためには、白金（Ｐｔ）濃度が９９重量（ｗｔ）％〜５０重量（ｗｔ）％で、銀（Ａｇ）濃度が１重量（ｗｔ）％〜５０重量（ｗｔ）％のＰｔ−Ａｇ合金の第２領域４００を形成すればよいことが判明している。

図４において、ａは、電解用電極１００の有効電極面（図１のＷＬ以下の範囲）が、第１領域３００が存在せず全て第２領域４００のみである場合である。これは、本発明の以前のＰｔ−Ａｇ電極の場合であり、電流効率は略１％である。ｂ〜ｊは本発明に係る電解用電極１００の効果を示すものである。ｂは、電解用電極１００の有効電極面（図１のＷＬ以下の範囲）が、チタン（Ｔｉ）領域である第１領域３００が６％であり、Ｐｔ−Ａｇ合金の膜領域である第２領域４００が９４％の場合で構成され、電流効率は略２．４％である。そして、ｃは、電解用電極１の有効電極面（図１の水レベルＷＬ以下の範囲）が、第１領域３００が１２％、第２領域４００が８８％の場合で構成され、電流効率は略２．８％である。このようにｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊと第１領域３００が増加し第２領域４００が減少するに従って電流効率は増加し、ｊでは、電解用電極１００の有効電極面（図１のＷＬ以下の範囲）が、第１領域３００が９６％、第２領域４００が４％の場合で構成され、電流効率は略６．５％である。

このように、第１領域３００が６％のように、第１領域３００内の殆んどが第２領域４００である場合でも、電解用電極１００の有効電極面（図１のＷＬ以下の範囲）に第１領域３００が存在せず全て第２領域４００のみである場合に比して、２倍以上の電流効率が得られることとなる。そして、電解用電極１００の有効電極面（図１のＷＬ以下の範囲）における第１領域３００の割合が多くなるに従って、電流効率が向上することが判る。このため、第１領域３００は、陰極と対向する電解作用の有効電極面の面積の６％以上且つ１００％未満であればよい。

電流効率が高いということは、電解用電極１００への入力電流が少なくても、多くのオゾン生成が得られるということになり、オゾン生成効率が向上することを意味する。このため、低電圧で高効率のオゾン生成ができることとなるため、電解用電極１００へ供給する直流電源６００の容量が小さくても、長寿命の電解水生成機能が確保できるものとなり、電解用電極１００へ供給する電源６００が市販されている乾電池であっても、電池電圧が低下するまでの寿命を長くできることとなり、小型化のために市販されている乾電池を採用した電解水生成装置１１０の提供としても好適となる。この電解用電極１００は、オゾンやＯＨラジカル等の活性酸素種を生成することに適するものである。

図４に示すように、第１領域３００が６％の場合を最小値としたのは、上記の製造方法によって第１領域３００の範囲内に第２領域４００を形成する場合、第１領域３００が１％に近づくに従って、矩形状電解用電極１００の短辺及び長辺に沿って第２領域４００を除去することが困難であるためである。このため、第１領域３００が実質的に６％の場合を最小値とすればよい。

第１領域３００の表面に形成される酸化物の除去は、電解用電極１００を電源６００のマイナス極へ接続し、陰極５００を電源６００のプラス極へ接続するように切り替えて、所定時間の通電することによって、第１領域３００の表面に形成される酸化物の除去を行なうことができる。このため、電解用電極１００の寿命が短くなると、この切り替え通電サイクルが頻繁になる欠点が生じる。このため、電解用電極１００の寿命を考慮して、第１領域３００の面積比（％）を決定すればよい。

このように、電解用電極１００は、陰極５００と対向して電解作用に寄与する有効電極面に、第１領域３００と第２領域４００を形成することにより、低電流密度（低電圧）でも高いオゾン生成効率が得られものであるため、本発明は、電解作用に寄与しない部分、即ち、電解槽７００の水８００に浸かっていない部分の構成ではなく、電解作用に寄与する部分、即ち、電解槽７００の水８００に浸かっている部分の構成に特徴がある。この電解作用に寄与する部分は、電解作用に寄与する有効電極面であり、第１領域３００及び第２領域４００が陰極５００との対向面に露出して形成されていること。また、第２領域４００を囲んで第１領域３００が存在することである。

上記のように、電解用電極１００の有効電極面（図１のＷＬ以下の範囲）に第２領域４００が存在することによって、第１領域３００への酸化物の絶縁層の形成が抑制され、電解用電極１００の不活性化の進行が抑制され、電解用電極１００としての機能が十分維持されると考えられるため、長方形状の電解用電極１００の場合は、図１に示すように、第１領域３００の中央部に、長辺に沿って第２領域４００を形成した構成が、オゾン生成効率が高いことが判明している。

また、電解用電極１００は、図１に示すように、第１領域３００の中央部に長辺に沿って第２領域４００を形成した構成に限定されず、第１領域３００の一方の長辺ＰまたはＱに若干偏った位置で、長辺に沿って第２領域４００を形成した構成でも同様の効果を得ることができる。しかし、図５に示すように、第１領域３００の一方の長辺Ｐに偏った位置で、長辺に沿って第２領域４００を形成した構成の場合は、第１領域３００の中央部に長辺に沿って第２領域４００を形成した構成に比べ、良好なオゾン生成が得られないことが分かっている。例として、第１領域３００が９６％、第２領域４００が４％の場合において比較する。第１領域３００の一方の長辺Ｐに偏った位置で、長辺に沿って第２領域４００を形成した構成の場合は、電流効率は略１．５％であるのに対し、第１領域３００の中央部に長辺に沿って第２領域４００を形成した構成の場合は、電流効率は略６．５％となり、良好なオゾン生成が得られるためには、第１領域３００の中央部に第２領域４００を形成する必要があることが分かる。

本発明に係る電解用電極１００は、図１に示す形態のものは、図３と同様に、図６に示すように、この電解用電極１００は、電解用電極１００の一部分が電解槽７００の水８００から露出した状態で使用されるものに適する。また、図１に示す形態の他に、種々の形態がある。図７は矩形状の電解用電極１００の一つの形態を示しており、これは、長方形状の平板の電極基材２００の一方の平面を第１領域３００とし、この第１領域３００の長辺及び短辺の辺縁部から略等距離の内側位置となる中央部に、長辺に沿って長く延びた第２領域４００を形成した形態である。この電解用電極１００は、図７に示すように、電解槽７００の水８００に全体が没した配置で使用されるものに適する。また、図８に示すものは、正方形状の第１領域３００と、第１領域３００の中央部に第１領域３００と相似形で第２領域４００を形成している。また、図９に示すものは、円形の第１領域３００と、第１領域の中央部に円形の第２領域４００を形成している。図８に示す正方形状の電解用電極１００も、図８に示すように電解槽７００の水８００に全体が没した配置で使用されるものに適し、図９に示す円形の電解用電極１００も、図９に示すように電解槽７００の水８００に全体が没した配置で使用されるものに適する。

上記のように、電解用電極１００にプラス電圧を印加し、陰極５００にマイナス電圧を印加して通電すると、陽極としての電解用電極１００では、下記式（１）〜（３）に示す反応が起こり、オゾンが生成される。
２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ₂＋４ｅ^- ・・・（１）
３Ｈ₂Ｏ→Ｏ₃＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- ・・・（２）
Ｈ₂Ｏ＋Ｏ₂→Ｏ₃＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- ・・・（３）
一方、陰極５００では、下記式（４）〜（５）に示す反応が起こり、電極反応により過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）が生成される。
２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂ ・・・（４）
Ｏ₂＋２ｅ^-＋２Ｈ⁺→Ｈ₂Ｏ₂ ・・・（５）

電解用電極１００を正電位とするよう電極１００、５００間に外部電源６００から電圧を印加することで、電解用電極１００の側から殺菌力の大きいオゾンを、陰極５００の側からは過酸化水素を生成させて、これらオゾンや過酸化水素を含んだ電解水を作ることができる。更に、電極１００、５００によりオゾンや過酸化水素を生成させた電解水は、ウィルス等の不活化、殺菌、有機化合物の分解等、種々の空気清浄効果を発揮する。このように、オゾンや過酸化水素を含む電解水を生成する電解水生成装置１１０を空気清浄装置に組み込み、その中の空気浄化エレメントに流下させ、送風ファンにより吹き出された空気がこの空気浄化エレメントを通過する間に、オゾンや過酸化水素と接触し、空気中に浮遊する空中浮遊微生物等が不活化されるとともに、当該空気に含まれる臭気物質がオゾンと反応して分解され、或いはイオン化して溶解することができる。

水道水を用いて電解を行うと、陰極にスケールが付着するため、定期的にスケールを除去する必要がある。スケールの除去は、陽極と陰極を逆転することにより可能であるが、通常、陽極と陰極を逆転している間は十分なオゾン生成ができない。しかし、本発明に係る電解用電極１００は、陽極として使用できるだけでなく、陰極として使用することが可能であるため、図１５に示すように、陽極及び陰極を共に電解用電極１００とし、陽極と陰極を定期的に逆転することで陰極に付着するスケールを除去することができ、且つ常時オゾン生成を良好に行うことが可能となる。図１５において図３の各部と同じ部分は同一符号を付している。

本発明に係る電解水生成装置１１０を組み込んだ除菌装置１とすることができる。図１０には、この除菌装置１を空気清浄装置１として示している。

図１０に示すように、空気清浄装置１は縦長に形成された箱形の筐体１１を有し、例えば床置き設置される。筐体１１には、この筐体１１の両側面の下部に吸込グリル１２が形成されるとともに、この筐体１１の前面の下端部に空気の吸込口１５が形成されている。

また、筐体１１の上面には吹出口１３が形成され、この吹出口１３には空気を吹き出す方向を変化させるためのルーバー２０が設けられている。このルーバー２０は、運転停止時には上記吹出口１３を閉塞するように構成されている。

空気清浄装置１は、吸込グリル１２及び吸込口１５を介して空気清浄装置１の設置室内の空気を吸い込んで除菌し、この除菌された空気を吹出口１３から排出することで、室内空気を清浄化させる装置である。ここで、室内空気の清浄化とは、室内空気を後述の空気浄化エレメントを通過させることによって、室内空気中に含まれる細菌、ウィルス、真菌等の空中浮遊微生物を不活化させたり、臭い成分を吸着分解して脱臭することにより、室内空気を清浄することを意味する。

筐体１１の上面には、吹出口１３の前面側に配置された操作蓋１６Ａと、この操作蓋１６Ａに横並びに配置されたタンク用開閉蓋１４Ａとが形成されている。操作蓋１６Ａを開くと、空気清浄装置１の各種操作を行う操作パネル１６（図１１参照）が露出し、タンク用開閉蓋１４Ａを開くと、タンク取出口１４を介して後述する給水タンク４１を出し入れ可能となっている。

また、筐体１１の両側面の上部にはそれぞれ把持部１７が形成されている。これら把持部１７は筐体１１を手持ちする際に手を掛けるための凹部であり、運搬時に空気清浄装置１を一人で持ち上げて移動できるようになっている。

また、筐体１１の前面には、上下方向に並べられた上側カバー部材１８及び下側カバー部材（カバー部材）１９がそれぞれ着脱自在に配置されており、これら上側カバー部材１８及び下側カバー部材１９を取り外すと筐体１１の内部構成が露出するようになっている。また、下側カバー部材１９は、この下側カバー部材１９の下端部に、筐体１１の背面側に向けて湾曲した円弧部１９Ａを備え、この円弧部１９Ａに空気の吸込口１５が形成されている。

次に、空気清浄装置１の内部構成を説明する。
筐体１１には、図１１に示すように、この筐体１１の内部を上下に仕切る支持板２１が設けられ、上側の室２２と下側の室２３とに区分けされている。この下側の室２３には、送風ファン３１及びファンモータ３２が配置されるとともに、仕切板２４を介して、把手部５７Ａを有する排水タンク５７が筐体１１の前面側に引き出し可能に収容されている。これら送風ファン３１及びファンモータ３２と排水タンク５７とは横並びに配置されている。

また、送風ファン３１と吸込口１５との間、すなわち、下側の室２３における下側カバー部材１９との対向する位置には、図１１に示すように、フィルタユニット３４が着脱自在に配置されている。このフィルタユニット３４は、仕切板２４および支持板２１等によって形成された枠部にはめ込まれて配置されており、この枠部に形成された適宜の留め付け部材（図示せず）によって当該枠部に、着脱自在に固定されている。

フィルタユニット３４は、図１１に示すように、捕集効率の異なる粗塵フィルタ２５と中性能フィルタ２６の２枚のフィルタを備えた構成である。下側カバー部材１９側に配置される粗塵フィルタ２５は、吸込グリル１２及び吸込口１５を通じて吸い込まれた空気中の塵埃等粒径の大きなものを捕集し、粗塵フィルタ２５の内側に配置される中性能フィルタ２６は、粗塵フィルタ２５を通過した例えば粒径１０μｍ以上の粒子を高効率（例えば、捕集効率９５％程度）に捕集するものである。このフィルタユニット３４によって空気中に浮遊する花粉や塵埃等が除去され、この除去された空気が送風ファン３１を介して上側の室２２に供給される。

次に、筐体１１の支持板２１で仕切られた上側の室２２内の構成について説明する。上側の室２２には、図１１に示すように、送風ファン３１及びファンモータ３２の上方に電装ボックス３９が配置され、この電装ボックス３９の上方に本発明に係る空気浄化エレメント５３が配置されている。この空気浄化エレメント５３と電装ボックス３９との間には、空気浄化エレメント５３から滴下した水を受ける水受皿４２が配置されている。この水受皿４２は、深底に形成された貯留部４２Ａを備え、この貯留部４２Ａは上記排水タンク５７の上方に延在している。電装ボックス３９には、空気清浄装置１を制御する制御部（図示せず）を構成する各種デバイスが実装された制御基板や、ファンモータ３２に電源電圧を供給する電源回路等の各種電装部品が収容されている。

貯留部４２Ａの上には給水タンク４１が配設され、給水タンク４１から貯留部４２Ａに水を供給可能な構成となっている。詳細には、給水タンク４１の下端に形成された給水口にはフロートバルブが設けられ、貯留部４２Ａの水面が給水口よりも下になると、このフロートバルブが開放されることにより、給水タンク４１から必要量の水が供給され、貯留部４２Ａの水位が一定に保たれる仕組みである。

貯留部４２Ａの上には、空気浄化エレメント５３に供給する電解水を生成する電解水生成装置１１０が配置されている。この電解水生成装置１１０は、循環ポンプ４４と、上記電解槽７００とを備えて構成され、循環ポンプ４４は、制御部の制御に従って回転数を変更することにより、循環量を変更可能に動作する。循環ポンプ４４の吐出口には、貯留部４２Ａに貯留された水を汲み上げて空気浄化エレメント５３に供給する供給管１１９が接続され、この供給管１１９には電解水生成装置１１０の電解槽７００が接続されている。この電解槽７００は、電極１００と５００を内蔵し、これら電極１００、５００間に、制御部から供給される電源６００の電圧を印加することにより、水を電解して電解水を生成する。実施例の電解水は、前述のようにオゾンを含む電解水１１４である。この電解水は、パイプ１１９から電解水供給器５１へ供給される。

また、本実施形態では水受皿４２に貯留された水を適宜排出可能に構成されている。具体的には、図１３示すように、貯留部４２Ａの下部には排水管５５が連結されるとともに、この排水管５５を開閉させる排水バルブ５６が設けられている。そして、排水管５５の先端は、上記排水タンク５７の上方に延びており、排水バルブ５６を開放することにより、水受皿４２上の水が排水タンク５７に排出される。

空気浄化エレメント５３の上部には、この空気浄化エレメント５３上に均一に電解水を分散させるための電解水供給器５１が組み付けられている。この電解水供給器５１には供給管１１９から電解水が供給されるように接続されている。この電解水供給器５１は、電解水を一時的に貯留するトレー部材を備え、このトレー部材の底面に複数の供給孔が開口し、この供給孔から空気浄化エレメント５３に対して電解水を流下するようになっている。

空気浄化エレメント５３は、電解水にオゾンを含む電解水１１４を使用するため、活性酸素に対する耐性が高い繊維の組み合わせによって、その繊維相互間に空気の通過する隙間を形成した気液接触部材の構成である。空気浄化エレメント５３は略垂直状態となるように縦設置され、この空気浄化エレメント５３の裏側から表側へ向けて空気が通過する状態で使用される。

循環ポンプ４４の運転によって、空気浄化エレメント５３の上端へ導入された電解水は、空気浄化エレメント５３を伝って下方へ流下しつつ、空気浄化エレメント５３の略全体がこの電解水で濡れた状態となる。この状態で、送風ファン３１からの空気が、この濡れた状態の空気浄化エレメント５３を通過する間に電解水に接触して、電解水中のオゾンによってその空気中の細菌、ウィルス、真菌等の空中浮遊微生物を不活化させたり、臭い成分を吸着分解して脱臭することにより、除菌・脱臭が行なわれる。

次に、図１４を参照して、上述した如き本発明に係る電解用電極１を採用したオゾン水を生成する電解水生成装置１１０を採用した除菌装置として、電気洗濯機について説明する。図１４は電気洗濯機８５の縦断側面図を示している。電気洗濯機８５は外殻を構成するハウジング８６の内部上方に洗濯槽８９が配置されており、その内部下方には貯水槽９４が配置されている。ハウジング８６の前面上部には、ハウジング開口が形成されており、扉８７にて開閉自在に閉塞されている。図中８８はハウジング８６の前面上部に配置されたコントロールパネルである。

電気洗濯機８５には洗濯槽（収納室）８９が備えられ、この洗濯槽８９は外槽９０と、当該外槽９０内に配置されて洗濯物を収納するための円筒状のドラム（内槽）９１とから構成される。そして、外槽９０の背面にはＤＤモータ９２が配設され、当該ＤＤモータ９２によって外槽９０内にてドラム９１が回転可能とされる。

外槽９０の上方には、注水口ユニット９３が配設されている。この注水口ユニット９３は外槽９０内への洗浄水やすすぎ水が通過するユニットであり、上述した如き電解水生成装置１１０を備えている。尚、当該電解水生成装置１１０は、上記のように、この電解槽７００の中に電極１００と５００を内蔵し、これら電極１００、５００間に、制御部から供給される電源６００の電圧を印加することにより、水を電解して電解水を生成する。実施例の電解水は、前述のようにオゾンを含む電解水である。

洗濯槽８９の下方に配設された貯水槽９４は、外槽９０から排出された水や、図示しない風呂水ポンプにて汲み上げられた風呂水を貯水するものである。貯水槽９４の近傍には、当該貯水槽９４内の水を汲み出すための循環ポンプ９５が設けられている。電解水生成装置１１０には、注水口ユニット９３から供給された水が一旦溜まり、その間に、上述したような直流電源６００から陽極を構成する電解用電極１と陰極を構成する電極５００間に直流電流が流れることによって、当該注水口ユニット９３から供給される水にオゾンが生成される。このオゾンを含む電解水は、洗浄やすすぎの際に外槽９０内に供給される。これにより、当該電気洗濯機８５では、水道水に生成されたオゾンを含む電解水によって洗浄・すすぎ運転を実行することができる。

尚、本発明の電解用電極１を採用した実施態様は、これら空気清浄装置１や電気洗濯機８５に限定されるものではなく、オゾンが所定濃度にて含まれたオゾン水が用いられる各機器、例えば、携帯用手指等の除菌器、家庭用オゾン水生成器、ビルの屋上に設置された貯水槽に貯留している市水を浄化するための電解水生成装置１１０としても有効であり、特に、電源に電池を使用する電解水生成装置１１０として好適である。

本発明に係る電解用電極、及び電解水生成装置は、上記実施例に示した構成に限定されず、種々の形態の電解水生成装置、及びこの電解水生成装置を組み込んだ除菌装置に適用できるものであり、本発明の技術範囲において種々の形態を包含するものである。

１・・・・・除菌装置（空気清浄装置）
８５・・・・除菌装置（電気洗濯機）
１００・・・電解用電極
１１０・・・電解水生成装置
２００・・・電極基板
３００・・・第１領域
４００・・・第２領域
５００・・・陰極
６００・・・電源
７００・・・電解槽
８００・・・水

Claims (7)

1. 陰極と対向する電解作用の有効電極面が、チタン等の弁金属またはその酸化物で形成された長方形状の第１領域と、前記長方形状の長辺及びまたは短辺から略等距離にて前記第１領域の中央部に、前記長辺に沿って延びた白金等の貴金属または貴金属の合金で形成された第２領域を形成したことを特徴とする電解用電極。
2. 陰極と対向する電解作用の有効電極面がチタン等の弁金属またはその酸化物の円形または正方形状の第１領域と、前記第１領域辺縁部から略等距離にて前記第１領域の中央部に白金等の貴金属または貴金属の合金で形成された第２領域を形成したことを特徴とする電解用電極。
3. 前記第１領域は、チタン、タンタル、アルミニウム、ニオブ、亜鉛、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、ビスマス、アンチモンのいずれかまたはこれらを含む合金で構成され、前記第２領域は、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのいずれかまたはこれらを含む合金で構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電解用電極。
4. 陰極と対向する電解作用の有効電極面の面積の６％以上且つ１００％未満が前記第１領域であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解用電極。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電解用電極を電解部に備え、前記電解部にてオゾンを含む電解水を生成することを特徴とする電解水生成装置。
6. 請求項５に記載の電解水生成装置にて生成された電解水によって、空気または水を除菌脱臭することを特徴とする除菌装置。
7. 前記第１領域及び前記第２領域が請求項３に記載された構成であり、前記第１領域を備えた電極基材の上に前記第１領域を覆うようにスパッタ法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、電気メッキ法、熱分解法、溶射法のいずれかにより前記第２領域を形成した後、前記第２領域の一部が前記第１領域内に残るように、前記第２領域の周縁部を物理的または化学的に除去した残存領域で形成される電解用電極の製造方法。

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