JP2017174620A - 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と３つ以上のクランプ７１〜７６とを備える。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７１〜７６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、一対の外層パネル５０のうち少なくとも一方の外層パネル５０は、複数のパネル片５４〜５６に分割される。そして、それぞれのパネル片５４〜５６の表面は、２つ以下のクランプ７１〜７６に押圧される。【選択図】図５

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１，２参照）。

特開２００７−７５７７８号公報（［００２７］、図７等） 特開２００６−２６１０４０号公報（図１等）

なお、プラズマリアクタは、複数のパネルを保持するための構造を有している。例えば、特許文献１では、複数のパネルを積層してなるプラズマパネル積層体をケースに収容した状態で、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ことにより、複数のパネルを保持する技術が提案されている。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３つ以上のクランプとを備えるプラズマリアクタであって、前記外層パネルは前記放電電極を有しておらず、前記一対の外層パネルのうち少なくとも一方の外層パネルは、複数のパネル片に分割されており、１つの前記パネル片の表面は、２つ以下の前記クランプに押圧され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、３つ以上の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、クランプが直接接触するために応力集中が生じやすい外層パネルを複数のパネル片に分割し、１つのパネル片につき２つ以下のクランプでパネル片を押圧している。その結果、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、それぞれのパネル片において、クランプに押圧される箇所が少なくなるため、パネル片での割れ等の発生が抑制され、ひいては、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。

また、一対の外層パネルのうち少なくとも一方の外層パネルは、複数のパネル片に分割される。ここで、隣接するパネル片間に生じる隙間は、隣接する内層パネル間を流れるガスの通過方向と交差する方向に延びていることが好ましい。このようにすれば、外層パネルと内層パネルとの間にガスが侵入した場合に、隣接するパネル片間に生じる隙間からのガスの抜けを防止することができる。ゆえに、プラズマリアクタの信頼性がよりいっそう向上する。また、１つのパネル片の表面は、２つのクランプに押圧されており、２つのクランプは、１つのパネル片において離間配置されていることが好ましい。このようにすれば、クランプからパネル片に掛かる応力がパネル片に均等に作用するようになるため、パネル片での割れ等の発生がより確実に防止される。ゆえに、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、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いっそう向上する。

また、外層パネルの外表面において隣接するクランプ間となる領域に、凹凸が形成されていることが好ましい。このようにすれば、外表面における隣接するクランプ間の沿面距離が長くなるため、プラズマリアクタを大型化することなく、隣接するクランプ間での沿面放電を抑制することができる。

また、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、一対の主面にそれぞれ形成されるパッドを備えることがよい。このようにすれば、電源に電気的に接続されるクランプを用いて、外層パネルを複数の内層パネルとともに挟み込むことにより、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、外層パネル及び内層パネルの両方を挟み込むクランプ（電源に電気的に接続されないクランプ）とは別に、内層パネルのみを挟み込むクランプ（電源に電気的に接続されるクランプ）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。

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３つ以上のクランプを備える。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／℃）、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。

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３つ以上のクランプとを備えるプラズマリアクタであって、前記外層パネルは前記放電電極を有しておらず、前記一対の外層パネルのうち少なくとも一方の外層パネルは、複数のパネル片と、隣接する前記パネル片間に配置され、前記パネル片よりも機械的強度が低い分割可能領域とからなり、１つの前記パネル片の表面は、２つ以下の前記クランプに押圧され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２に記載の発明では、３つ以上の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、クランプが直接接触するために応力集中が生じやすい外層パネルを、複数のパネル片と、隣接するパネル片間に配置される分割可能領域とによって構成し、１つのパネル片につき２つ以下のクランプでパネル片を押圧している。よって、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結果、外層パネルに大きな力が作用したとしても、外層パネルに掛かる力は、外層パネルが分割可能領域で破断して複数のパネル片に分割されることにより吸収される。また、それぞれのパネル片は、クランプに押圧される箇所が少なくなる。以上の結果、パネル片での割れ等の発生が抑制され、ひいては、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。

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、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及びクランプを示す概略平面図。 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平面図。 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平面図。 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平面図。 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平面図。 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、クランプ及び中継端子を示す要部断面図。

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。詳述すると、プラズマパネル積層体２０は、隣接する内層パネル３０間に、排ガスが通過するガス流路２７を有している。

図１に示されるように、各内層パネル３０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端子に電気的に接続され、第２の配線７は、電源３の第２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との間に、上記したガス流路２７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。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５，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、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。なお、本実施形態の外層パネル５０には、凹部３５と同様の凹部は形成されていない。

また、外層パネル５０は、矩形板状の誘電体５３によって構成されている。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。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。なお、本実施形態の誘電体５３には、放電電極３４と同様の放電電極は内蔵されていない。

図５，図８に示されるように、プラズマパネル積層体２０を構成する各外層パネル５０は、３枚のパネル片５４，５５，５６に分割されている。各パネル片５４〜５６は、縦１００ｍｍ×横３９ｍｍ×厚さ２ｍｍの略矩形板状を成している。また、隣接するパネル片５４，５５間に生じる隙間Ｓ１、及び、隣接するパネル片５５，５６間に生じる隙間Ｓ２は、隣接する内層パネル３０間を流れる排ガスの通過方向（具体的には、ガス流路２７が延びる方向）と直交（交差）する方向に延びている。なお、各隙間Ｓ１，Ｓ２の大きさは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下（本実施形態では１．５ｍｍ）に設定されている。

図６，図８に示されるように、パネル片５４〜５６のうち中央部分に配置されたパネル片５５の両端部分には、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、パネル片５５を厚さ方向に貫通している。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側端部に対して電気的に接続されている。そして、下層側の外層パネル５０を構成するパネル片５５に形成された第１パッド６２は、最下層の内層パネル３０に形成された第２パッド４３に接触するようになっている。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。そして、上層側の外層パネル５０を構成するパネル片５５に形成された第２パッド６３は、最上層の内層パネル３０に形成された第１パッド４２に接触するようになっている。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、６つのクランプ（具体的には、３つの第１クランプ７１，７２，７３及び３つの第２クランプ７４，７５，７６）を備えている。各第１クランプ７１〜７３及び各第２クランプ７４〜７６は、複数の内層パネル３０及び一対の外層パネル５０（プラズマパネル積層体２０）を積層方向に挟み込んで固定するようになっている。各第１クランプ７１〜７３は、ガス非通過面２４において、プラズマパネル積層体２０の横方向（パネル３０，５０の積層方向に対して垂直な方向）に沿って等間隔に配置され、各第２クランプ７４〜７６は、ガス非通過面２６において、プラズマパネル積層体２０の横方向に沿って等間隔に配置されている。第１クランプ７１〜７３のうちガス非通過面２４の中央部分に配置された第１クランプ７２、及び、第２クランプ７４〜７６のうちガス非通過面２６の中央部分に配置された第２クランプ７５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に電気的に接続する機能を有している。一方、第１クランプ７１〜７３のうちガス非通過面２４の両側部分に配置された第１クランプ７１，７３、及び、第２クランプ７４〜７６のうちガス非通過面２６の両側部分に配置された第２クランプ７４，７６は、各パネル３０，５０を積層方向に挟み込む機能のみを有している。

また、図５，図６に示される各クランプ７１〜７６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７１〜７６の熱膨張係数は、約１１〜１３ｐｐｍ／℃となっている。クランプ７１〜７６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７１〜７６の形成材料をＳＵＳ４３０としていたが、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７１〜７６を形成することがよい。

また、各クランプ７１〜７６は、板部材７７及び押さえ板７８を備えている。板部材７７は、パネル３０，５０の積層方向に延びている。押さえ板７８は、板部材７７と一体に形成され、板部材７７の両端部に配置されている。各押さえ板７８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７８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。具体的に言うと、各押さえ板７８は、隙間Ｓ１，Ｓ２を避けてパネル片５４〜５６の表面を押圧するようになっている。さらに、クランプ７２，７５が備える各押さえ板７８は、上層側の外層パネル５０（パネル片５５）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（パネル片５５）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。

また、図５，図８に示されるように、１つのパネル片の表面（第１主面５１または第２主面５２）は、２つのクランプに押圧されている。詳述すると、パネル片５４の表面は、第１クランプ７１の押さえ板７８と第２クランプ７４の押さえ板７８とによって押圧されている。なお、両クランプ７１，７４は、パネル片５４の両端部分にそれぞれ離間して配置されている。同様に、パネル片５５の表面は、第１クランプ７２の押さえ板７８と第２クランプ７５の押さえ板７８とによって押圧され、パネル片５６の表面は、第１クランプ７３の押さえ板７８と第２クランプ７６の押さえ板７８とによって押圧されている。なお、両クランプ７２，７５は、パネル片５５の両端部分にそれぞれ離間して配置され、クランプ７３，７６は、パネル片５６の両端部分にそれぞれ離間して配置されている。

図２〜図５に示されるように、プラズマリアクタ１は、一対の電源供給端子８１，８２を備えている。本実施形態の電源供給端子８１，８２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８１，８２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８３に接続されている。中心軸８３は、片側の端部が絶縁体内に配置されている。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、電源供給端子８１は、基端部（中心軸８３）が第１クランプ７２の板部材７７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。同様に、電源供給端子８２は、基端部（中心軸８３）が第２クランプ７５の板部材７７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８１，８２は、互いに反対方向に突出している。なお、本実施形態では、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、電源供給端子８２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、電源３から隣接する内層パネル３０間にパルス電圧（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用いることができる。

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の形状に合わせた打抜加工を施した後に積層される。

また、第１〜第３のセラミックグリーンシートを形成する手法と同様の手法を用いて、外層パネル５０のパネル片５４〜５６となるセラミックグリーンシートを形成する。そして、パネル片５５となる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６１用の貫通孔を形成する。次に、ペースト印刷装置を用いて、スルーホール導体６１用の貫通孔に導電性ペーストを充填し、スルーホール導体６１となる未焼成のスルーホール導体部を形成する。

次に、パネル片５５となるセラミックグリーンシートを支持台に載置する。さらに、ペースト印刷装置を用いて、パネル片５５となる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６２を形成するとともに、パネル片５５となる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６３を形成する。

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、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、セラミックグリーンシートが内層パネル３０や外層パネル５０（パネル片５４〜５６）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７１〜７６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７１〜７６を構成する一対の押さえ板７８が、上層側の外層パネル５０を構成するパネル片５５に形成された第１パッド６２と、下層側の外層パネル５０を構成するパネル片５５に形成された第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、第１クランプ７２を構成する板部材７７の中央部に電源供給端子８１の中心軸８３を電気的に接続するとともに、第２クランプ７５を構成する板部材７７の中央部に電源供給端子８２の中心軸８３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、電源供給端子８２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、６つのクランプ７１〜７６の弾性力により、複数のパネル３０，５０（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。しかしながら、本実施形態のクランプ７１〜７６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７１〜７６の押さえ板７８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（電極パネル３０）には押さえ板７８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７８は、いわゆる「面当り」に近い状態で内層パネル３０に作用する。

しかも、パネル３０，５０に変形（具体的には、パネル３０，５０自体の反りや、クランプ７１〜７６による挟持を起因とするパネル３０，５０の反り）が生じている場合には、熱や振動等の影響を受けることにより、パネル３０，５０にさらなる応力が加わることもある。この場合、外層パネル５０に割れ等がよりいっそう生じやすくなる。

そこで、本実施形態では、クランプ７１〜７６が直接接触するために応力集中が生じやすい外層パネル５０を３つのパネル片５４〜５６に分割し、１つのパネル片につき２つのクランプでパネル片５４〜５６を押圧している。その結果、クランプ７１〜７６によってパネル３０，５０を挟み込む力を強くしたとしても、それぞれのパネル片５４〜５６において、クランプ７１〜７６に押圧される箇所が少なくなるため、パネル片５４〜５６での割れ等の発生が抑制され、ひいては、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、プラズマパネル積層体２０を構成する一対の外層パネル５０が、排ガスの流路（ガス流路）となる凹部を有しておらず、かつ、放電電極を有していないパネルとなっている。その結果、クランプ７１〜７６の押さえ板７８と放電電極との間の距離が長くなるため、ガス流路２７（即ち、放電電極３４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。

（３）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。

・上記実施形態では、プラズマパネル積層体２０を構成する一対の外層パネル５０の両方が、複数のパネル片５４〜５６に分割されていたが、一方の外層パネル５０のみが複数のパネル片に分割されていてもよい。

・図９，図１０に示されるように、プラズマパネル積層体９１は、複数の内層パネル９２及び一対の外層パネル９３を積層方向に挟み込んで固定する４つのクランプ９４と、複数の内層パネル９２のみを積層方向に挟み込んで固定する２つのクランプ９５とを備えていてもよい。換言すると、各外層パネル９３は、２つのパネル片９６，９７に分割されており、各パネル片９６，９７の表面がそれぞれ２つのクランプ９４の押さえ板９８に押圧されている。また、隣接するパネル片９６，９７間に生じる隙間Ｓ３には、クランプ９５の押さえ板９９が位置している。なお、このクランプ９５が、放電電極１００に電気的に接続されるようになっている。

・上記実施形態のプラズマパネル積層体２０では、隣接するパネル片５４，５５間に生じる隙間Ｓ１、及び、隣接するパネル片５５，５６間に生じる隙間Ｓ２が、隣接する内層パネル３０間を流れる排ガスの通過方向と直交する方向に延びていた。しかし、図１１のプラズマパネル積層体１０１に示されるように、隣接するパネル片１０２間に生じる隙間Ｓ４は、排ガスの通過方向Ｆ１に対して斜め方向に延びていてもよい。なお、この場合、２つのパネル片１０２の表面が、それぞれ２つのクランプ１０３の押さえ板１０４に押圧され、残り２つのパネル片１０２の表面が、それぞれ１つのクランプ１０３の押さえ板１０４に押圧されるようになる。

また、図１２のプラズマパネル積層体１１１に示されるように、隣接するパネル片１１２間に生じる隙間Ｓ５は、曲線状に延びるものであってもよい。さらに、図１３のプラズマパネル積層体１２１に示されるように、隣接するパネル片１２２間に生じる隙間Ｓ６は、平面視で屈曲した形状（ここでは平面視く字状）を成すものであってもよい。なお、パネル片１１２，１２２は、上流側に行くに従って体積が小さくなることが好ましい。このようにすれば、エンジンの運転条件の変化に伴い、プラズマリアクタに流入する排ガスに急激な温度変化（熱衝撃）が生じたとしても、熱衝撃に起因するパネル片１１２，１２２の破損を防止することができる。詳述すると、上流側のパネル片１１２，１２２の熱容量が小さくなることにより、そのパネル片１１２，１２２内の温度差が小さくなるため、パネル片１１２，１２２の熱変形が抑制され、結果として、熱応力の発生が抑えられる。

また、図１４のプラズマパネル積層体１３１に示されるように、ガス通過面１３２にて開口しないものであれば、一部の隙間（ここでは、隣接するパネル片１３３間に生じる隙間Ｓ７）が、排ガスの通過方向Ｆ２と同一方向に延びていてもよい。なお、この場合、２つのパネル片１３４の表面が、それぞれ２つのクランプ１３５の押さえ板１３６に押圧され、残り２つのパネル片１３３の表面が、それぞれ１つのクランプ１３７の押さえ板１３８に押圧されるようになる。

・上記実施形態のプラズマパネル積層体２０では、外層パネル５０が３つのパネル片５４〜５６に分割されており、隣接するパネル片５４，５５間に隙間Ｓ１が生じるとともに、隣接するパネル片５５，５６間に隙間Ｓ２が生じるようになっていた。しかし、図１５のプラズマパネル積層体１４１に示されるように、外層パネル１４２が、複数（ここでは３つ）のパネル片１４３と、隣接するパネル片１４３間に配置され、パネル片１４３よりも機械的強度が低い分割可能領域１４４とからなっていてもよい。なお、クランプ１４５の押さえ板１４６は、分割可能領域１４４を避けてパネル片１４３の表面を押圧するようになっている。ここで、分割可能領域１４４の機械的強度をパネル片１４３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、分割可能領域１４４の厚さをパネル片１４３の厚さよりも薄くすることや、分割可能領域１４４とパネル片１４３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。

・上記実施形態のクランプ７１〜７６は、板部材７７の両端部に対して押さえ板７８を一体に形成することにより構成されていたが、クランプの構造を変更してもよい。例えば、図１６に示されるように、クランプ１５１は、軸部材１５２の両端部に対して板ばね１５３を取り付けることにより構成されるものであってもよい。なお、軸部材１５２は、プラズマパネル積層体１５４を貫通する孔部（図示略）に挿入されている。板ばね１５３は、軸部材１５２の両端部にそれぞれ固定されている。各板ばね１５３の両端部は、板ばね１５３の裏面側に曲げられており、上層側の外層パネル１５５を構成するパネル片１５６に形成された第１パッド（図示略）、または、下層側の外層パネル１５５を構成するパネル片１５６に形成された第２パッド（図示略）に圧接している。なお、板ばね１５３に軸部材１５２を挿通した状態で、軸部材１５２の先端部には固定リング１５７が圧入されるようになっている。また、プラズマリアクタは、２個の中継端子１５８を備えている。各中継端子１５８は、８個のクランプ１５１のうち２個のクランプ１５１に対してそれぞれ電気的に接続されるとともに、一対の電源供給端子１５９にそれぞれ電気的に接続されている。中継端子１５８は、平板状を成し、基端部に軸部材１５２が挿通されるとともに、先端部に電源供給端子１５９の中心軸１６０が接続されている。中継端子１５８の基端部は、板ばね１５３と固定リング１５７とによって挟み込まれている。

なお、図１６のプラズマパネル積層体１５４では、軸部材１５２、板ばね１５３及び固定リング１５７からなるクランプ１５１を、１つのクランプとしている。よって、各パネル片１５６，１６１は、それぞれ２つのクランプ１５１に押圧されるようになっている。

また、図１７に示されるように、クランプ１７１は、押さえ板１７２と圧縮コイルばね１７３とを備えるものであってもよい。なお、押さえ板１７２は、外層パネル１７４の表面１７５に当接するものである。また、圧縮コイルばね１７３は、押さえ板１７２上に配置された中継端子１７６と軸部材１７７の端部に設けられた固定リング１７８との間に介在され、押さえ板１７２及び中継端子１７６を外層パネル１７４の表面１７５側に押圧するようになっている。

・図１６に示されるように、外層パネル１５５の外表面１６２において、隣接するクランプ１５１間となる領域には、凹凸１６３が形成されていてもよい。なお、凹凸１６３は、外層パネル１５５の外表面１６２に複数の凹部１６４を等間隔に配置することにより構成されている。このようにすれば、外表面１６２における隣接するクランプ１５１間の沿面距離が長くなるため、プラズマリアクタを大型化することなく、隣接するクランプ１５１間での沿面放電を抑制することができる。

・上記実施形態の内層パネル３０は、誘電体３３に放電電極３４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の表面に放電電極３４を形成することによって内層パネルを形成してもよい。

・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、前記クランプは、隣接する前記パネル片間に生じる隙間を避けて前記パネル片の表面を押圧す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、前記クランプは、前記分割可能領域を避けて前記パネル片の表面を押圧す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
２０，９１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５４…プラズマパネル積層体
３０，９２…内層パネル
３４，１００…放電電極
５０，９３，１４２，１５５，１７４…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
５４，５５，５６，９６，９７，１０２，１１２，１２２，１３３，１３４，１４３，１５６，１６１…パネル片
６０…導通構造
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
７１，７２，７３…クランプとしての第１クランプ
７４，７５，７６…クランプとしての第２クランプ
９４，１０３，１３５，１３７，１４５，１５１，１７１…クランプ
１４４…分割可能領域
１６２…外層パネルの外表面
１６３…凹凸
Ｆ１，Ｆ２…通過方向
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６…隣接するパネル片間に生じる隙間
Ｔ１…内層パネルの最大厚さ
Ｔ３…外層パネルの厚さ

Claims (7)

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３つ以上のクランプと
   を備えるプラズマリアクタであって、
   前記外層パネルは前記放電電極を有しておらず、
   前記一対の外層パネルのうち少なくとも一方の外層パネルは、複数のパネル片に分割されており、
   １つの前記パネル片の表面は、２つ以下の前記クランプに押圧される
   ことを特徴とするプラズマリアクタ。
2. 隣接する前記パネル片間に生じる隙間は、隣接する前記内層パネル間を流れるガスの通過方向と交差する方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマリアクタ。
3. 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３つ以上のクランプと
   を備えるプラズマリアクタであって、
   前記外層パネルは前記放電電極を有しておらず、
   前記一対の外層パネルのうち少なくとも一方の外層パネルは、複数のパネル片と、隣接する前記パネル片間に配置され、前記パネル片よりも機械的強度が低い分割可能領域とからなり、
   １つの前記パネル片の表面は、２つ以下の前記クランプに押圧される
   ことを特徴とするプラズマリアクタ。
4. １つの前記パネル片の表面は、２つの前記クランプに押圧されており、２つの前記クランプは、１つの前記パネル片において離間配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項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. 前記外層パネルの外表面において隣接する前記クランプ間となる領域に、凹凸が形成され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、前記一対の主面にそれぞれ形成されるパッドを備える
   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。

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