JP2017140575A - プラズマリアクタ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のパネルを安定して保持し、かつパネルの破損を防止することにより、信頼性を向上させることが可能なプラズマリアクタを提供すること。【解決手段】本発明のプラズマリアクタは、プラズマパネル積層体２０及びクランプ７１を備える。プラズマパネル積層体２０は、複数の内層パネル３０と一対の外層パネル５０とを積層した構造を有し、隣接する内層パネル３０間に電圧を印加することによってプラズマを発生させる。クランプ７１は、複数の内層パネル３０及び外層パネル５０を積層方向に挟み込んで固定する。なお、外層パネル５０の機械的強度は、内層パネル３０の機械的強度よりも高くなっている。【選択図】図６

Description

本発明は、プラズマリアクタに関するものであり、特には、内燃機関（エンジン）の排ガスを浄化するための装置に好適なプラズマリアクタに関するものである。

従来、エンジンの排ガスや焼却炉の排ガスをプラズマ場に通すことにより、排ガス中に含まれているＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）などの有害物質を処理するプラズマリアクタが開示されている。例えば、放電電極が形成された複数のパネルを積層し、隣接するパネル間に電圧を印加して誘電体バリア放電による低温プラズマ（非平衡プラズマ）を発生させることにより、パネル間を流れる排ガス中のＰＭを酸化して除去するプラズマリアクタが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−７５７７８号公報（［００２７］、図７等）

なお、特許文献１に記載の従来技術は、複数のパネルを積層してなるプラズマパネル積層体を収容するためのケースを備え、ケースとプラズマパネル積層体との間に生じる空間を板状アルミナ充填層で充填する構造である。しかしながら、排気量が大きいエンジンの排気管にプラズマリアクタを取り付ける等の理由で、パネルの枚数を増やしたりする場合には、パネル同士のずれが生じる可能性が高い。この場合、複数のパネルを安定して保持するために、保持力を大きくする必要があるが、パネルに大きな応力が作用してしまい、パネルに割れ等が生じて破損してしまうという問題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のパネルを安定して保持し、かつパネルの破損を防止することにより、信頼性を向上させることが可能なプラズマリアクタを提供することにある。

上記課題を解決するための手段（手段１）としては、放電電極を有する複数の内層パネルと、前記複数の内層パネルよりも外層側に位置する一対の外層パネルとを積層した構造を有し、隣接する前記内層パネル間に電圧を印加することによってプラズマを発生させるプラズマパネル積層体と、前記複数の内層パネル及び前記外層パネルを積層方向に挟み込んで固定するクランプとを備えるプラズマリアクタであって、前記外層パネルの機械的強度が、前記内層パネルの機械的強度よりも高くなっていることを特徴とするプラズマリアクタがある。

従って、上記手段１に記載の発明では、クランプの弾性力により、内層パネル及び外層パネルからなる複数のパネル（プラズマパネル積層体）を安定して保持することができる。しかも、クランプが接触する外層パネルの機械的強度を、クランプが接触しない内層パネルの機械的強度よりも高くしているため、クランプによって内層パネル及び外層パネルを挟み込む力を強くしたとしても、内層パネル及び外層パネルでの割れ等の発生が抑制される。ゆえに、プラズマリアクタの信頼性を向上させることができる。

上記プラズマリアクタを構成するプラズマパネル積層体は、放電電極を有する複数の内層パネルと、複数の内層パネルよりも外層側に位置する一対の外層パネルとを積層した構造を有する。放電電極の形成材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）などを挙げることができる。

ここで、複数の内層パネルは、放電電極を内蔵してなる構造を有していることがよい。このようにすれば、放電電極の劣化を防止することができる。一方、外層パネルは、厚さ方向において互いに反対側に位置する一対の主面を有し、かつ一対の主面間を導通させる導通構造を有しており、導通構造は、外層パネルを厚さ方向に貫通するスルーホール導体と、一対の主面にそれぞれ形成され、スルーホール導体の両端部に対してそれぞれ電気的に接続されるパッドとを備えることがよい。このようにすれば、クランプにより、外層パネルを複数の内層パネルとともに挟み込んだとしても、導通構造を介して放電電極と電源とを導通させることができる。つまり、例えば、内層パネルのみを挟み込むクランプ（電気導通部材としての機能を有するクランプ）とは別に、外層パネル及び内層パネルの両方を挟み込むクランプ（電気導通部7材としての機能を有しないクランプ）を設けたりしなくても済むため、プラズマリアクタの部品点数を減らすことができる。

また、外層パネルの機械的強度を内層パネルの機械的強度よりも高くする方法は、特に限定される訳ではなく、例えば、外層パネルの厚さを内層パネルの最大厚さよりも厚くすることや、外層パネルと内層パネルとを互いに異なる材料（例えば、組成が異なる材料）によって形成することなどが挙げられる。なお、外層パネルの厚さは、内層パネルの最大厚さよりも厚いことが好ましい。このようにすれば、クランプが接触する外層パネルの機械的強度が、クランプが接触しない内層パネルの機械的強度よりも高くなるため、クランプによって内層パネル及び外層パネルを挟み込む力を強くした際に、内層パネル及び外層パネルでの割れ等の発生が確実に抑制される。ゆえに、プラズマリアクタの信頼性がより確実に向上する。

また、外層パネルは放電電極を有していてもよい。このようにした場合、内層パネルの数を増やさなくても、プラズマの発生に用いられる放電電極の数を増やすことが可能となる。その結果、排気量が大きいエンジンの排気管にプラズマリアクタを取り付ける等の理由で、多くのプラズマが必要となる場合に、パネル同士のずれを回避しつつ、必要量のプラズマを確保することができる。なお、外層パネルが有する放電電極は、内層パネル寄りに配置されていることが好ましい。このようにすれば、外層パネルが有する放電電極を、外層パネルに隣接する内層パネルが有する放電電極に近付けることができるため、安定してプラズマを発生させることができる。

上記プラズマリアクタは、複数の内層パネル及び一対の外層パネルを積層方向に挟み込んで固定するクランプを備える。ここで、クランプの形成材料は、熱へたり等を防止するために、使用温度に合わせて適宜選択される。クランプの形成材料としては、例えば、ＳＵＳ３０１−ＣＳＰ（熱膨張係数：約１８ｐｐｍ／℃）、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ（熱膨張係数：約１８ｐｐｍ／℃）、ＳＵＳ４３０（熱膨張係数：約１１〜１３ｐｐｍ／℃）、ＳＵＳ６３１−ＣＳＰ（熱膨張係数：約１１〜１２ｐｐｍ／℃）、インコネルＸ−７５０（熱膨張係数：約１４ｐｐｍ／℃）、インコネル７１８（熱膨張係数：約１４ｐｐｍ／℃）などを挙げることができる。ここで、クランプの熱膨張係数は、常温〜５００℃間の測定値の平均値をいう。

なお、上記プラズマリアクタでは、クランプが複数設けられ、複数のクランプの少なくとも１つが、放電電極に電気的に接続される電気導通部材としての機能を有していることがよい。このようにすれば、クランプを構成する押さえ部材が外層パネルの表面を押圧することにより、クランプがプラズマパネル積層体に強固に固定されるため、電気導通部材としての機能を有するクランプと放電電極との電気的な接続を確実に行うことができる。また、クランプと電気導通部材とを別々に設ける場合よりも部品点数を減らすことができるため、プラズマリアクタの軽量化や小型化を図ることができる。

上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、放電電極を有する複数の内層パネルと、前記複数の内層パネルよりも外層側に位置する一対の外層パネルとを積層した構造を有し、隣接する前記内層パネル間に電圧を印加することによってプラズマを発生させるプラズマパネル積層体と、前記複数の内層パネル及び前記外層パネルを積層方向に挟み込んで固定するクランプとを備えるプラズマリアクタであって、前記クランプは、前記積層方向に延びるクランプ本体と、前記クランプ本体の少なくとも一方の端部に取り付けられ、前記外層パネルの表面を押圧する押さえ部材とを備え、前記押さえ部材と前記外層パネルの表面との間に、板状の補強体が挟み込まれ、前記補強体の面積は、前記補強体と前記押さえ部材との接触部の面積よりも大きいことを特徴とするプラズマリアクタがある。

従って、上記手段２に記載の発明では、クランプが、クランプ本体と、外層パネルの表面を押圧する押さえ部材とを備えているため、押さえ部材の弾性力により、内層パネル及び外層パネルからなる複数のパネル（プラズマパネル積層体）を安定して保持することができる。しかも、押さえ部材と外層パネルの表面との間に、クランプが接触する補強体が挟み込まれているため、クランプによって内層パネル及び外層パネルを挟み込む力を強くしたとしても、内層パネル及び外層パネルでの割れ等の発生が抑制される。ゆえに、プラズマリアクタの信頼性を向上させることができる。

なお、外層パネルの機械的強度は、内層パネルの機械的強度よりも高くなっていることがよい。このようにすれば、クランプによって内層パネル及び外層パネルを挟み込む力を強くした場合に、内層パネル及び外層パネルでの割れ等の発生が確実に抑制される。ゆえに、プラズマリアクタの信頼性をよりいっそう向上させることができる。

また、押さえ部材は、クランプ本体の一方の端部のみに取り付けられていてもよいし、クランプ本体の両端部に取り付けられていてもよいが、特には、クランプ本体の両端部に取り付けられていることがよい。このようにすれば、複数の内層パネル及び一対の外層パネルを両側から押圧できるため、より安定的に複数の内層パネル及び一対の外層パネル（プラズマパネル積層体）を保持することができ、プラズマリアクタの信頼性がよりいっそう向上する。

さらに、上記プラズマリアクタでは、クランプが複数設けられ、１つの補強体が、２個以上の押さえ部材と外層パネルの表面との間に挟み込まれていてもよい。このようにすれば、補強体をそれぞれの押さえ部材（クランプ）ごとに設ける場合よりも部品点数を減らすことができるため、プラズマリアクタの軽量化を図ることができる。

本実施形態におけるプラズマリアクタを示す概略断面図。 プラズマリアクタを示す平面図。 プラズマリアクタを示す斜視図。 プラズマパネル積層体がケースに収容されている状態を示す斜視図。 プラズマパネル積層体、クランプ及び電源供給端子を示す斜視図。 プラズマパネル積層体及びクランプを示す概略断面図。 内層パネルを示す斜視図。 外層パネルを示す斜視図。 他の実施形態において、プラズマパネル積層体及びクランプを示す概略断面図。 他の実施形態において、プラズマパネル積層体、クランプ及び電源供給端子を示す斜視図。 他の実施形態において、プラズマパネル積層体及びクランプを示す概略断面図。 他の実施形態において、プラズマパネル積層体、クランプ、補強体及び電源供給端子を示す斜視図。 他の実施形態において、プラズマパネル積層体、クランプ及び補強体を示す概略断面図。

以下、本発明のプラズマリアクタ１を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１〜図４に示されるように、本実施形態のプラズマリアクタ１は、自動車のエンジン（図示略）の排ガスに含まれているＰＭを除去する装置であり、排気管２に取り付けられている。プラズマリアクタ１は、電源３、ケース１０及びプラズマパネル積層体２０を備えている。

ケース１０は、例えばステンレス鋼を用いて矩形筒状に形成されている。ケース１０の熱膨張係数は、１０〜１８ｐｐｍ／℃程度となっている。なお、ケース１０の熱膨張係数は、常温〜３００℃間の測定値の平均値をいう。ケース１０の第１端部（図１では左端部）には第１コーン部１１が接続され、ケース１０の第２端部（図１では右端部）には第２コーン部１２が接続されている。さらに、第１コーン部１１は、排気管２の上流側部分４（エンジン側の部分）に接続され、第２コーン部１２は、排気管２の下流側部分５（エンジン側とは反対側の部分）に接続されている。なお、エンジンからの排ガスは、排気管２の上流側部分４から第１コーン部１１を介してケース１０内に流入し、ケース１０内を通過した後、第２コーン部１２を介して排気管２の下流側部分５に流出する。

図４に示されるように、プラズマパネル積層体２０は、ケース１０内に収容されており、ケース１０とプラズマパネル積層体２０との間にはマット８が介在されている。マット８は、プラズマパネル積層体２０をケース１０に固定する機能を有している。ここで、マット８を構成する材料としては、例えば、セラミック繊維、金属繊維、発泡金属等の絶縁材料を用いることができる。

図１，図４〜図６に示されるように、プラズマパネル積層体２０は、一対のガス通過面２１，２２と、４つのガス非通過面２３，２４，２５，２６とを有する略直方体状を成している。両ガス通過面２１，２２は、プラズマパネル積層体２０において互いに反対側に位置している。一方、各ガス非通過面２３〜２６は、一対のガス通過面２１，２２の間に位置している。

また、プラズマパネル積層体２０は、複数の内層パネル３０と、各内層パネル３０よりも外層側に位置する一対の外層パネル５０とを積層した構造を有している。各パネル３０，５０は、ケース１０内における排ガスの通過方向（第１コーン部１１から第２コーン部１２に向かう方向）と平行に配置されており、互いに隙間（本実施形態では、０．５ｍｍの隙間）を有するように配置されている。

図１に示されるように、各パネル３０，５０には、プラズマパネル積層体２０の厚さ方向に沿って第１の配線６及び第２の配線７が交互に電気的に接続されている。第１の配線６は、電源３の第１の端子に電気的に接続され、第２の配線７は、電源３の第２の端子に電気的に接続されている。

図１，図６，図７に示されるように、本実施形態の内層パネル３０は、厚さ方向において互いに反対側に位置する一対の主面（第１主面３１及び第２主面３２）を有し、縦１００ｍｍ×横１２０ｍｍの略矩形板状を成している。また、内層パネル３０の厚さ（最大厚さＴ１）は、１ｍｍとなっている。さらに、内層パネル３０は、第２主面３２にて開口する凹部３５を有している。凹部３５は、内層パネル３０の横方向に延びており、内層パネル３０の両端面にて開口している。また、本実施形態では、凹部３５の深さＤ１が０．５ｍｍであるため、凹部３５の形成領域における内層パネル３０の厚さＴ２は、０．５ｍｍ（＝Ｔ１−Ｄ１）となっている。そして、本実施形態のプラズマパネル積層体２０では、凹部３５の内側面と下層側に隣接する内層パネル３０の第１主面３１との間、及び、凹部３５の内側面と下層側に隣接する外層パネル５０の第１主面５１との間に、排ガスの流路が構成される。

また、内層パネル３０は、矩形板状の誘電体３３に放電電極３４（厚さ１０μｍ）を内蔵してなる構造を有している。放電電極３４は、第１主面３１寄りに配置されている。そして、放電電極３４の第１主面３７（図６参照）と内層パネル３０の第１主面３１との距離は、放電電極３４の第２主面３８（図６参照）と凹部３５の底面との距離と等しくなっている。なお、本実施形態において、誘電体３３はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックからなり、放電電極３４はタングステン（Ｗ）からなる。また、誘電体３３の熱膨張係数は、２〜８ｐｐｍ／℃程度であり、誘電体３３がアルミナからなる本実施形態においては、８ｐｐｍ／℃程度となっている。なお、誘電体３３の熱膨張係数は、常温〜４００℃間の測定値の平均値をいう。

図６，図７に示されるように、内層パネル３０における凹部３５の両側部分には、第１主面３１側と第２主面３２側とを導通させる導通構造４０がそれぞれ１つずつ設けられている。各導通構造４０は、スルーホール導体４１、第１パッド４２及び第２パッド４３を備えている。スルーホール導体４１は、内層パネル３０を厚さ方向に貫通している。そして、一方の導通構造４０に設けられたスルーホール導体４１は、放電電極３４から外周側に延出する延出部３６を貫通している。また、第１パッド４２は、第１主面３１に形成されており、スルーホール導体４１の第１主面３１側端部に対して電気的に接続されている。一方、第２パッド４３は、第２主面３２に形成されており、スルーホール導体４１の第２主面３２側端部に対して電気的に接続されている。なお、第１パッド４２及び第２パッド４３は、それぞれ長方形状を成しており、表面にＮｉ等のめっきが施されている。

図１，図６，図８に示されるように、本実施形態の外層パネル５０は、上述した内層パネル３０とほぼ同じ構造を有している。詳述すると、外層パネル５０は、厚さ方向において互いに反対側に位置する一対の主面（第１主面５１及び第２主面５２）を有し、縦１００ｍｍ×横１２０ｍｍの略矩形板状を成している。また、外層パネル５０の厚さＴ３（最大厚さ）は、２ｍｍであり、内層パネル３０の最大厚さＴ１（１ｍｍ）よりも厚くなっている。さらに、外層パネル５０は、第２主面５２にて開口する凹部５５を有している。凹部５５は、外層パネル５０の横方向に延びており、外層パネル５０の両端面にて開口している。また、本実施形態では、凹部５５の深さＤ２が０．５ｍｍであるため、凹部５５の形成領域における外層パネル５０の厚さＴ４は、１．５ｍｍ（＝Ｔ３−Ｄ２）となっている。そして、本実施形態のプラズマパネル積層体２０では、凹部５５の内側面と下層側に隣接する内層パネル３０の第１主面３１との間に、排ガスの流路が構成される。なお、一対の外層パネル５０のうち下層側に位置する外層パネル５０には、下層側に内層パネル３０や外層パネル５０が存在しないため、凹部５５が形成されていない。

また、外層パネル５０は、矩形板状の誘電体５３に放電電極５４（厚さ１０μｍ）を内蔵してなる構造を有している。放電電極５４は、内層パネル３０寄りに配置されている。よって、上層側の外層パネル５０では、放電電極５４の第２主面５８（図６参照）と凹部５５の底面（または、外層パネル５０の第２主面５２）との距離が、放電電極５４の第１主面５７（図６参照）と外層パネル５０の第１主面５１との距離よりも小さくなる。一方、下層側の外層パネル５０では、放電電極５４の第１主面５７と第１主面５１との距離が、放電電極５４の第２主面５８と第２主面５２との距離よりも小さくなる。なお、本実施形態において、誘電体５３はアルミナ等のセラミックからなり、放電電極５４はタングステンからなる。即ち、本実施形態の外層パネル５０は、内層パネル３０と同じ材料を用いて、内層パネル３０よりも厚く形成されている。よって、外層パネル５０の機械的強度は、内層パネル３０の機械的強度よりも高くなる。また、誘電体５３の熱膨張係数は、８ｐｐｍ／℃程度となっている。なお、誘電体５３の熱膨張係数は、常温〜４００℃間の測定値の平均値をいう。

図６，図８に示されるように、外層パネル５０における凹部５５の両側部分には、第１主面５１側と第２主面５２側とを導通させる導通構造６０がそれぞれ１つずつ設けられている。各導通構造６０は、スルーホール導体６１、第１パッド６２及び第２パッド６３を備えている。スルーホール導体６１は、外層パネル５０を厚さ方向に貫通している。そして、一方の導通構造６０に設けられたスルーホール導体６１は、放電電極５４から外周側に延出する延出部５６を貫通している。また、第１パッド６２は、第１主面５１に形成されており、スルーホール導体６１の第１主面５１側端部に電気的に対して接続されている。一方、第２パッド６３は、第２主面５２に形成されており、スルーホール導体６１の第２主面５２側端部に対して電気的に接続されている。なお、第１パッド６２及び第２パッド６３は、それぞれ長方形状を成しており、表面にＮｉ等のめっきが施されている。

図５，図６に示されるように、プラズマリアクタ１は、複数の内層パネル３０及び一対の外層パネル５０を積層方向に挟み込んで固定する２つのクランプ７１を備えている。各クランプ７１は、各パネル３０，５０を積層方向に挟み込む機能に加えて、放電電極３４，５４に電気的に接続される電気導通部材としての機能を有している。また、各クランプ７１は、金属板（例えば、ＳＵＳ４３０等の材料からなるステンレス板）を折り曲げることによって形成されている。なお、クランプ７１の熱膨張係数は、約１１〜１３ｐｐｍ／℃となっている。クランプ７１の熱膨張係数は、常温〜５００℃間の測定値の平均値をいう。なお、本実施形態では、クランプ７１の形成材料をＳＵＳ４３０としているが、ＳＵＳ４３０は５００℃以上の温度域で熱へたりが大きくなることが知られている。このため、特に高い耐熱性（例えば、５００℃以上）が求められる場合には、熱膨張係数よりも熱変形への対応を優先的に考慮して、インコネル７１８やインコネルＸ−７５０等の耐熱性に優れた材料を用いてクランプ７１を形成することがよい。

また、各クランプ７１は、板部材７２及び押さえ板７３を備えている。板部材７２は、パネル３０，５０の積層方向に延びている。押さえ板７３は、板部材７２の両端部に取り付けられ、板部材７２と一体に形成されている。各押さえ板７３は、弾性を有しており、折り返し構造を有する板ばねである。また、各押さえ板７３は、外層パネル５０の表面（具体的には、上層側の外層パネル５０の第１主面５１、または、下層側の外層パネル５０の第２主面５２）を押圧している。さらに、各押さえ板７３は、上層側の外層パネル５０の第１主面５１に形成された第１パッド６２、または、下層側の外層パネル５０の第２主面５２に形成された第２パッド６３に圧接している。なお、押さえ板７３は、金属板の屈曲により形成されているため、弾性を有している。本実施形態において、押さえ板７３のばね定数は約１００Ｎ／ｍｍとなっている。

図２〜図５に示されるように、プラズマリアクタ１は、電源を放電電極３４，５４に供給する一対の電源供給端子８１を備えている。本実施形態の電源供給端子８１は、スパークプラグと同様の構造を有している。詳述すると、電源供給端子８１は、外部接続部、金属粉末を含む導電性シール、絶縁体、主体金具、滑石、パッキン類等を備えている。外部接続部は、導電性シールを介して中心軸８２に接続されている。中心軸８２は、先端部が絶縁体内に挿入されている。なお、電源供給端子は、本実施形態のものに限定される訳ではなく、絶縁体によって外部接続部とケース１０との間が絶縁されている構造であれば、他の構造であってもよい。

また、各電源供給端子８１は、基端部（中心軸８２）がクランプ７１の板部材７２の中央部に電気的に接続され、先端部がケース１０から露出している。そして、各電源供給端子８１は、互いに反対方向に突出している。なお、本実施形態では、一方の電源供給端子８１の先端部が第１の配線６（図１参照）に接続されるとともに、第１の配線６に接続される電源供給端子８１とは別の電源供給端子８１の先端部が第２の配線７（図１参照）に接続されるようになっている。

なお、図１に示されるように、本実施形態のプラズマリアクタ１は、例えば、排ガスに含まれているＰＭを除去するために用いられる。この場合、隣接する内層パネル３０間や隣接するパネル３０，５０間に対して電源３からパルス電圧（例えば、ピーク電圧：５ｋＶ（５０００Ｖ）、パルス繰返し周波数：１００Ｈｚ）が印加されると、誘電体バリア放電が生じ、放電電極３４，５４間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。そして、プラズマの発生により、放電電極３４，５４間を流通する排ガスに含まれるＰＭが酸化（燃焼）されて除去される。

次に、プラズマリアクタ１の製造方法を説明する。

まず、アルミナ粉末を主成分とするセラミック材料を用いて、誘電体３３，５３となる第１〜第３のセラミックグリーンシートを形成する。なお、セラミックグリーンシートの形成方法としては、テープ成形や押出成形などの周知の成形法を用いることができる。そして、各セラミックグリーンシートに対してレーザ加工を行い、スルーホール導体４１，６１用の貫通孔を形成する。なお、貫通孔の形成は、パンチング加工、ドリル加工等によって行ってもよい。

次に、従来周知のペースト印刷装置（図示略）を用いて、スルーホール導体４１，６１用の貫通孔に導電性ペースト（本実施形態では、タングステンペースト）を充填し、スルーホール導体４１，６１となる未焼成のスルーホール導体部を形成する。

次に、第１のセラミックグリーンシートを支持台（図示略）に載置する。さらに、ペースト印刷装置を用いて、第１のセラミックグリーンシートの裏面上に導電性ペーストを印刷する。その結果、第１のセラミックグリーンシートの裏面上に、放電電極３４，５４となる厚さ１０μｍの未焼成電極が形成される。なお、第１のセラミックグリーンシートに対する未焼成電極の印刷方法としては、スクリーン印刷などの周知の印刷法を使用することができる。

そして、導電性ペーストの乾燥後、未焼成電極が印刷された第１のセラミックグリーンシートの裏面上に、第２のセラミックグリーンシート及び第３のセラミックグリーンシートを順番に積層し、シート積層方向に押圧力を付与する。その結果、各セラミックグリーンシートが一体化され、セラミック積層体が形成される。さらに、ペースト印刷装置を用いて、第１のセラミックグリーンシートの主面上に導電性ペーストを印刷し、未焼成の第１パッド４２，６２を形成するとともに、第３のセラミックグリーンシートの裏面上に導電性ペーストを印刷し、未焼成の第２パッド４３，６３を形成する。なお、第３のセラミックグリーンシートは、凹部３５，５５の形状に合わせた打抜加工を施した後に積層される。

次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、セラミック積層体（セラミックグリーンシート及び未焼成電極）をアルミナ及びタングステンが焼結しうる所定の温度（例えば、１４００℃〜１６００℃程度）に加熱する同時焼成を行う。その結果、セラミックグリーンシート中のアルミナ、及び、導電性ペースト中のタングステンが同時焼結し、誘電体３３，５３、放電電極３４，５４、スルーホール導体４１，６１、第１パッド４２，６２及び第２パッド４３，６３が同時焼成によって形成され、セラミック積層体がパネル３０，５０となる。

その後、積層工程を行い、得られたパネル３０，５０を複数積層して、プラズマパネル積層体２０を形成する。次に、クランプ７１を用いて、複数の内層パネル３０及び一対の外層パネル５０を積層方向に挟み込んで固定する。このとき、クランプ７１を構成する一対の押さえ板７３が、上層側の外層パネル５０の第１パッド６２と下層側の外層パネル５０の第２パッド６３とに圧接する。さらに、溶接等を行うことにより、クランプ７１を構成する板部材７２の中央部に電源供給端子８１の中心軸８２を電気的に接続する。次に、プラズマパネル積層体２０の外表面を覆うようにマット８を取り付けた後、マット８の外表面を覆うようにケース１０を取り付ける。その後、一方の電源供給端子８１の先端部に第１の配線６を接続するとともに、第１の配線６に接続した電源供給端子８１とは別の電源供給端子８１の先端部に第２の配線７を接続する。以上のプロセスを経て、プラズマリアクタ１が完成する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のプラズマリアクタ１では、クランプ７１の弾性力により、内層パネル３０及び外層パネル５０（プラズマパネル積層体２０）を安定して保持することができる。その結果、内層パネル３０や外層パネル５０のずれを抑制することができる。

しかしながら、本実施形態のクランプ７１を用いる場合には、プラズマパネル積層体２０の最外層に位置するパネル（外層パネル５０）に対して応力集中が生じるため、外層パネル５０に割れ等が生じやすい。何故なら、クランプ７１の押さえ板７３は、いわゆる「点当り」に近い状態で外層パネル５０に圧接するからである。因みに、プラズマパネル積層体２０の内層側にあるパネル（内層パネル３０）には押さえ板７３が直接接触しないため、内層パネル３０に掛かる応力は分散される。このため、押さえ板７３は、いわゆる「面当り」に近い状態で内層パネル３０に接触する。

そこで、本実施形態では、外層パネル５０の厚さＴ３を内層パネル３０の最大厚さＴ１よりも厚くすることにより、クランプ７１が接触する外層パネル５０の機械的強度を、クランプ７１が接触しない内層パネル３０の機械的強度よりも高くしている。その結果、クランプ７１でパネル３０，５０を挟み込む力を強くすることにより、外層パネル５０に応力集中が生じたとしても、外層パネル５０での割れ等の発生が抑制される。ゆえに、プラズマリアクタ１の信頼性を向上させることができる。

（２）本実施形態では、内層パネル３０が放電電極３４を有するのに加えて、外層パネル５０も放電電極５４を有している。このため、パネルの数を増やさなくても、プラズマの発生に用いられる放電電極の数を増やすことが可能となる。その結果、排気量が大きいエンジンの排気管にプラズマリアクタ１を取り付ける等の理由で、多くのプラズマが必要となる場合であっても、パネル３０，５０同士のずれを回避しつつ、必要量のプラズマを確保することができる。

（３）特許文献１に記載の従来技術には、アルミナ板と高圧極（放電電極）とを交互に積層してなるプラズマパネル積層体が開示されている。また、米国特許第６５３７５０７号明細書に記載の従来技術には、絶縁体と放電電極とを交互に積層した構造が開示されている。しかしながら、これらの従来技術では、放電電極が外部に露出しているため、放電電極が劣化しやすいという問題がある。しかも、特許文献１に記載の従来技術では、浄化性能を一時的に向上させることを目的として、放電電極間に印加する電圧を上昇させると、電源に接続された第１電極と高圧極との間で放電が生じる虞がある。そこで、本実施形態では、放電電極３４，５４を誘電体３３，５３に内蔵することにより、パネル３０，５０を構成している。その結果、放電電極３４，５４の劣化を防ぐことが可能となる。しかも、放電電極３４，５４と他の導電部分との間に放電が生じるといった問題を解消することができる。

（４）本実施形態のプラズマリアクタ１は、第１コーン部１１及び第２コーン部１２を介して排気管２に取り付けられている。その結果、排気管２の上流側部分４→第１コーン部１１→プラズマリアクタ１→第２コーン部１２→排気管２の下流側部分５の順番に排ガスが流れる排ガス流路内の抵抗が低減されるため、排ガス流路内における圧力損失を抑えることができる。ひいては、圧力損失に伴うエンジンの出力低下も防止することができる。

なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態のプラズマパネル積層体２０では、内層パネル３０が放電電極３４を有するのに加えて、外層パネル５０も放電電極５４を有していた。しかし、図９のプラズマパネル積層体９１に示されるように、一対の外層パネル９２を、放電電極を有しないパネルとしてもよい。このようにすれば、排ガスの流路（放電電極９３が対向する空間）とは別の箇所において、不要なプラズマ（不具合の発生や部材の劣化の原因となるプラズマ）の発生を抑制することができる。

・図１０，図１１に示されるように、プラズマパネル積層体１０１は、複数の内層パネル１０２及び一対の外層パネル１０３を積層方向に挟み込んで固定する４つのクランプ１０４と、複数の内層パネル１０２及び１つ（下層側）の外層パネル１０３のみを積層方向に挟み込んで固定する２つのクランプ１０５とを備えていてもよい。なお、上層側の外層パネル１０３には、同外層パネル１０３を厚さ方向に貫通する切欠部１０６が配置され、切欠部１０６の内側領域にはクランプ１０５の押さえ板１０７が位置している。また、各クランプ１０４，１０５のうち２つのクランプ１０５が、放電電極１０８に電気的に接続される電気導通部材としての機能を有している。

・図１２，図１３に示されるように、クランプ１１１が、板部材１１２（クランプ本体）及び押さえ板１１３（押さえ部材）を備えている場合、押さえ板１１３と外層パネル１１４の表面１１５との間に、板状の補強体１１６を挟み込み、補強体１１６の面積を、補強体１１６と押さえ板１１３との接触部の面積より大きくしてもよい。なお、補強体１１６の面積は、外層パネル１１４の面積より小さくなっている。また、外層パネル１１４の厚さは、内層パネル１１７の厚さと等しくなっている。この場合、クランプ１１１の押さえ板１１３と外層パネル１１４の表面１１５との間に補強体１１６が挟み込まれているため、外層パネル１１４と内層パネル１１７との機械的強度が等しい状態で、クランプ１１１によってパネル１１４，１１７を挟み込む力を強くしたとしても、外層パネル１１４での割れ等の発生が抑制される。ゆえに、プラズマリアクタの信頼性を向上させることができる。なお、図１２，図１３に示されるように、２個以上（ここでは２個）の押さえ板１１３と外層パネル１１４の表面１１５との間に、１つの補強体１１８（図１２，図１３の一点鎖線参照）を挟み込むようにしてもよい。

・上記実施形態のパネル３０，５０は、誘電体３３，５３に放電電極３４，５４を内蔵することによって構成されていた。しかし、誘電体３３，５３の表面に放電電極３４，５４を形成することによってパネルを構成してもよい。

・上記実施形態のプラズマリアクタ１は、自動車のエンジンの排ガス浄化に用いられていたが、例えば、船舶等のエンジンの排ガス浄化に用いてもよい。また、プラズマリアクタ１は、プラズマ処理を行うものであればよく、排ガスの処理を行うものでなくてもよいし、浄化に用いるものでなくてもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）上記手段１において、前記外層パネルに、同外層パネルを厚さ方向に貫通する切欠部が配置され、前記切欠部の内側領域に前記クランプが位置していることを特徴とするプラズマリアクタ。

（２）上記手段２において、前記補強体の面積は、前記外層パネルの面積よりも小さいことを特徴とするプラズマリアクタ。

（３）上記手段１または２において、前記内層パネルは、厚さ方向において互いに反対側に位置する一対の主面を有し、かつ前記一対の主面間を導通させる導通構造を有しており、前記導通構造は、前記内層パネルを厚さ方向に貫通するスルーホール導体と、前記一対の主面にそれぞれ形成され、前記スルーホール導体の両端部に対してそれぞれ電気的に接続されるパッドとを備えることを特徴とするプラズマリアクタ。

１…プラズマリアクタ
２０，９１，１０１…プラズマパネル積層体
３０，１０２，１１７…内層パネル
３４，５４，９３，１０８…放電電極
５０，９２，１０３，１１４…外層パネル
５１…主面としての第１主面
５２…主面としての第２主面
６０…導通構造
６１…スルーホール導体
６２…パッドとしての第１パッド
６３…パッドとしての第２パッド
７１，１０５，１１１…電気導通部材としてのクランプ
１０４…クランプ
１１２…クランプ本体としての板部材
１１３…押さえ部材としての押さえ板
１１５…外層パネルの表面
１１６，１１８…補強体
Ｔ１…内層パネルの最大厚さ
Ｔ３…外層パネルの厚さ

Claims (10)

1. 放電電極を有する複数の内層パネルと、前記複数の内層パネルよりも外層側に位置する一対の外層パネルとを積層した構造を有し、隣接する前記内層パネル間に電圧を印加することによってプラズマを発生させるプラズマパネル積層体と、
   前記複数の内層パネル及び前記外層パネルを積層方向に挟み込んで固定するクランプと
   を備えるプラズマリアクタであって、
   前記外層パネルの機械的強度が、前記内層パネルの機械的強度よりも高くなっていることを特徴とするプラズマリアクタ。
2. 放電電極を有する複数の内層パネルと、前記複数の内層パネルよりも外層側に位置する一対の外層パネルとを積層した構造を有し、隣接する前記内層パネル間に電圧を印加することによってプラズマを発生させるプラズマパネル積層体と、
   前記複数の内層パネル及び前記外層パネルを積層方向に挟み込んで固定するクランプと
   を備えるプラズマリアクタであって、
   前記クランプは、前記積層方向に延びるクランプ本体と、前記クランプ本体の少なくとも一方の端部に取り付けられ、前記外層パネルの表面を押圧する押さえ部材とを備え、
   前記押さえ部材と前記外層パネルの表面との間に、板状の補強体が挟み込まれ、
   前記補強体の面積は、前記補強体と前記押さえ部材との接触部の面積よりも大きい
   ことを特徴とするプラズマリアクタ。
3. 前記外層パネルの機械的強度が、前記内層パネルの機械的強度よりも高くなっていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマリアクタ。
4. 前記クランプが複数設けられ、
   １つの前記補強体が、２個以上の前記押さえ部材と前記外層パネルの表面との間に挟み込まれている
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のプラズマリアクタ。
5. 前記外層パネルの厚さが、前記内層パネルの最大厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。
6. 前記クランプが複数設けられ、
   複数の前記クランプの少なくとも１つが、前記放電電極に電気的に接続される電気導通部材としての機能を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。
7. 前記複数の内層パネルは、前記放電電極を内蔵してなる構造を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。
8. 前記外層パネルは、厚さ方向において互いに反対側に位置する一対の主面を有し、かつ前記一対の主面間を導通させる導通構造を有しており、
   前記導通構造は、前記外層パネルを厚さ方向に貫通するスルーホール導体と、前記一対の主面にそれぞれ形成され、前記スルーホール導体の両端部に対してそれぞれ電気的に接続されるパッドとを備える
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。
9. 前記外層パネルが前記放電電極を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。
10. 前記外層パネルが有する前記放電電極は、前記内層パネル寄りに配置されていることを特徴とする請求項９に記載のプラズマリアクタ。

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