JP3544018B2

JP3544018B2 - オゾン発生器

Info

Publication number: JP3544018B2
Application number: JP32392394A
Authority: JP
Inventors: 直年森田; 幸雄脇田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JPH08157202A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、オゾン発生器に関し、特に、食品加工、半導体のマクスク除去、液晶の表面有機物除去等の産業用に用いる大容量のオゾン発生器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用のオゾン発生器としては、無声放電を発生させてオゾンを生成する図７に示すような円筒形の物が多く用いられている。このオゾン発生器は、円筒状に形成されたガラス管９２の裏面にアルミ蒸着からなる金属電極９４を配置し、この金属電極９４と、ガラス管９２と同心状に形成されたステンレス管９６との間に電圧を印加することにより、該ガラス管９２とステンレス管９６との間の空間ギャップに無声放電を発生させてオゾンを生成するもので、該空間ギャップ間の一方から酸素を導入し、他方からオゾンを取り出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の円筒形のオゾン発生器では、ステンレス管９６を用いるため発生したオゾン中に金属ダストが含まれていた。このため、係る従来のオゾン発生器は、金属ダスト等の不純物を嫌う用途、例えば半導体のマクスク除去等には用いることができなかった。また、誘電体としてガラスを用いるため、絶縁耐圧が低くオゾンの発生効率が低かった。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、金属ダストを発生することなく高い効率でオゾンを発生し得るオゾン発生器を提供することにある。
【０００５】
また本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高い効率でオゾンを発生し得ると共に、製品間のオゾン発生効率に偏差の少ないオゾン発生器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載された無声放電方式のオゾン発生器においては、裏面に金属電極１９、２０が配設された一対のファインセラミックからなる放電体１２、１６を対向させて形成し、無声放電が発生する部分のファインセラミックの表面粗度をＲａで０．２μｍ以下に形成し、
前記放電体の裏面の金属電極に放熱フィンを取り付けたことを特徴とする。
【０００８】
また更に、請求項２に記載の態様においては、板状部材から成る前記放電体１２、１６の一方に酸素導入孔２６とオゾン導出孔２８とが穿設され、該オゾン発生器１０が、酸素導入孔５６とオゾン導出孔５８とを有し耐オゾン性部材から成る取り付け装置５０に、前記オゾン発生器側の酸素導入孔２６及びオゾン導出孔２８と該取り付け装置５０側の酸素導入孔５６及びオゾン導出孔５８とが連通するように取り付けられていることを特徴とする。
更に、請求項３に記載の態様においては、前記放電体１２、１６裏面の金属電極１９、２０の少なくとも周縁部分１９ｂが、ファインセラミックに埋設されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用効果】
上記のように構成されたオゾン発生器では、請求項１、２、３の態様において、金属電極１９、２０がファインセラミックからなる放電体１２、１６を介在させて対向しているので、金属ダストを発生することがなくなる。また、放電体１２、１６にファインセラミックを利用しているため、絶縁耐圧が高く効率良くオゾンを発生することができる。また、ファインセラミックの表面粗度をＲａで０．２μｍ以下に形成してあるため、オゾン発生効率が高くなると共にオゾン発生器相互間の効率の偏差が少なくなる。
【００１０】
上記のように構成されたオゾン発生器では、請求項２の態様において、放電体１２、１６が板状部材から成るため、ラッピング研磨により容易に表面粗度を０．２μｍ以下に形成することができる。
【００１１】
上記のように構成されたオゾン発生器では、請求項１の態様において、放電体１２、１６の裏面の金属電極１９、２０に放熱フィン２２、２４が取り付けられ、該金属電極１９、２０が低温に保たれるため、発生したオゾンが熱により酸素に還元されることがなくなり、効率良くオゾンを発生することができる。
【００１２】
上記のように構成されたオゾン発生器では、請求項２の態様において、オゾン発生器１０が、取り付け装置５０に該オゾン発生器側の酸素導入孔２６及びオゾン導出孔２８と該取り付け装置５０側の酸素導入孔５６及びオゾン導出孔５８とが連通するように取り付けられている。このため、該取り付け装置５０の孔の径を接続させる外部装置の径と適合するように設定することにより、どの様な径の外部装置とも容易に接続することができる。
【００１３】
上記のように構成されたオゾン発生器では、請求項３の態様において、オゾン発生器の外側に配置される放電体１２、１６裏面の金属電極１９、２０の周縁部分１９ｂが、ファインセラミックに埋設されているため、オゾン発生器外部において該金属電極１９、２０の端部と放電体１２、１６との間で放電が生じオゾンが発生することを防ぐことができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を具体化した実施例を図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係るオゾン発生器の組み立てを示している。オゾン発生器は、裏面にタングステンの金属電極１９が配置されたアルミナから成る板状の第１放電板１２と、スペーサ１５と、裏面にタングステンの金属電極２０が配置されたアルミナから成る板状の第２放電板１６とから構成され、該金属電極１９の上面及び金属電極２０の下面にはアルミニュームから成る放熱フィン（ヒートシンク）２２、２４が半田により取り付けられている。
【００１５】
この第１放電板１２は、２枚のグリーンシート１３、１４を焼成して成り、上方のグリーンシート１３には開口部１３ａが設けられている。第１放電板１２には、外部電極との接続用の端子２１が取り付けられている。他方、第２放電板１６は、２枚のグリーンシート１７、１８を焼成して成り、下方のグリーンシート１８には、開口部（図示せず）が設けられている。この第２放電板１６には、外部から酸素を取り入れるための酸素導入孔２６と、外部へオゾンを導き出すためのオゾン導出孔２８とが設けられている。この第１放電板１２と第２放電板１６との間に介在するスペーサ１５は、中心に開口部１５ａが形成されて空間ギャップを作り出す。スペーサ１５は、可撓性を有すると共に耐オゾン性の高いフッ素ゴムから成り、該第１放電板１２と第２放電板１６とに密着して開口部１５ａによって形成される空間ギャップからオゾンが漏出する事を防ぐ。
【００１６】
次に、第１実施例のオゾン発生器の製造方法について述べる。
先ず、第１放電板１２の製造方法について説明する。アルミナ粉末にＭｇＯ２％（重量比、以下同じ）、ＣａＯ２％、ＳｉＯ_２４％を混合してボールミルで５０〜８０時間、湿式粉砕した後に脱水乾燥する。この粉末にメタクリル酸イソブチルエステル３％、ブチルエステル３％、ニトロセルロース１％、ジオクチルフタレート０．５％を加え、更に、溶剤としてトリクロールエチレン、ｎ−ブタノールを加えてボールミルで混合して流動性のあるスラリーとする。これを減圧脱泡後に平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させ厚さ０．８ｍｍのアルミナグリーンシート１３、１４を形成する。そして、金属電極１９を形成するためにタングステン粉末をスラリー状にしてメタライズインクを形成する。このタングステンメタライズインクを下側のアルミナグリーンシート１４に面状にスクリーン印刷する。そして、図２に示すように、タングステンメタライズインク１９の周縁部１９ｂを埋設させる大きさに、上側のアルミナグリーンシート１３の中央部を打ち抜いて開口部１３ａを形成し（即ち、開口部１３ａをタングステンメタライズインク１９よりも小さく形成する）、上記アルミナグリーンシート１４の上に該アルミナグリーンシート１３を熱圧着する。この熱圧着したアルミナグリーンシート１３、１４の一方の端部に金属電極からの接続用の端子２１を形成するためのスルーホール３０を穿設し、該スルーホール３０内に、端子用のメタライズインクを充填し、このように積層したアルミナグリーンシート１３、１４を１４００°Ｃ〜１６００°Ｃの非酸素雰囲気下で同時焼成する。この同時焼成により形成された第１放電板１２の放電面（下面側）は、表面粗度がＲａで０．４〜０．５μｍになっている。
【００１７】
この同時焼成により形成された第１放電板１２の放電面（下面側）をラッピング研磨により表面粗度をＲａで０．２μｍ以下にする。ここでは、加工機械として片面研磨機を用い、該片面研磨機のディスク側に複数の第１放電板１２を取り付ける。このディスクと対向する側に、２〜３μｍのダイヤモンドを研磨剤として用いる研磨部材を配置し、該ディスク側に取り付けられた第１放電板１２を該研磨部材に圧力１ｋｇ／ｃｍ^２で押し当て、ディスクを１時間回転させることにより該第１放電板１２のラッピング研磨を行う。
【００１８】
この表面研磨の完了した第１放電板１２のタングステンメタライズインク１９側にニッケルメッキを施し、半田にて放熱フィン２２を直接取り付ける。なお、同様にして第２放電板１６を、２枚の積層されたアルミナグリーンシート１７、１８に酸素導入孔２６を形成するためのスルーホールと、また、オゾン導出孔２８を形成するためのスルーホールとを穿設した後に、同時焼成により形成する。そして、放電面（上面側）をラッピング研磨により表面粗度を０．２μｍ以下にし、放熱フィン２４を取り付ける。即ち、この実施例では、第１、第２放電板１２、１６の裏面の金属電極１９、２０に放熱フィン２２、２４が取り付けられ、該金属電極１９、２０が低温に保たれるため、発生したオゾンが熱により酸素に還元されることがなくなり、効率良くオゾンを発生することができる。
【００１９】
このオゾン発生器１０を取り付けための取り付け装置５０について、該取り付け装置５０の断面を示す図３を参照して説明する。
取り付け装置５０は、耐オゾン性の高いテフロンから形成され、略矩形状から成り中央部に開口部５４ａが形成された周縁部５４と、この周縁部５４の上部に載置される蓋体５２とから成り、該周縁部５４の開口部５４ａにオゾン発生器１０を保持するように構成されている。該周縁部５４には、オゾン発生器１０の周縁部を嵌入するための段部５４ｂが形成されている。オゾン発生器１０の酸素導入孔２６の下方位置には、凹部６０が形成され、該凹部６０の略中央位置には上方を指向する凸部５６ｂが形成され、この凸部５６ｂの中央には上記オゾン発生器１０の酸素導入孔２６と連通させるための酸素導入孔５６が形成されている。この酸素導入孔５６の下方には、図示しない外部部材からのテフロンパイプを嵌入するためのテーパ孔６２が形成されている。該凹部６０と凸部５６ｂとの間には、オゾン発生器１０と接してオゾンの漏出を防ぐための０リング６６が配置されている。他方、オゾン発生器１０のオゾン導出孔２８の下方位置には、凹部６１が形成され、該凹部６１の略中央位置には上方を指向する凸部５８ｂが形成され、この凸部５８ｂの中央には上記オゾン発生器１０のオゾン導出孔２８と連通させるためのオゾン導出孔５８が形成されている。このオゾン導出孔５８の下方には、図示しない外部部材からのテフロンパイプを嵌入するためのテーパ孔６４が形成されている。
【００２０】
この第１実施例では、テーパ孔６２、６４の口径の異なる複数の取り付け装置５０を用意することにより、同一形状のオゾン発生器１０を種々の外部装置へ接続することができる。また、オゾン発生器１０と取り付け装置５０との酸素導入孔２６及び酸素導入孔５６の間、並びに、オゾン導出孔２８及びオゾン導出孔５８との間に０リング６６、６６を介在させてあるため、これらの接続部分から有害な高濃度オゾンが漏出することを防止できる。
【００２１】
次に、本発明のオゾン発生器１０の動作試験の結果について図４のグラフを参照して説明する。このグラフにおいて、縦軸はオゾン濃度（ｐｐｍ）を、横軸は放電面の表面粗度（Ｒａ μｍ）を示している。ここでは、オゾン発生の条件として、純酸素（９９．９％）を２Ｌ／ｍｉｎでオゾン発生器１０へ導入し、３５Ｗの電力を投入し、サンプルとして１０個のオゾン発生器を用いて実験を行った。上述した第１放電板１２及び第１放電板１６に表面研磨を行わなかったオゾン発生器（表面粗度Ｒａ０．５μｍ）は、平均オゾン濃度が６，０００ｐｐｍでサンプル間の偏差（ばらつき）が±２５％あった。また、表面粗度Ｒａ０．４μｍのオゾン発生器は、平均オゾン濃度が７，５００ｐｐｍでサンプル間の偏差が±１２．５％あった。表面粗度Ｒａ０．３μｍのオゾン発生器は、平均オゾン濃度が８，５００ｐｐｍでサンプル間の偏差が±１１％あった。そして、上述した手法で第１放電板１２及び第２放電板１６とに表面研磨を行なったオゾン発生器１０（表面粗度Ｒａ０．２μｍ）は、平均オゾン濃度が９，５００ｐｐｍでサンプル間の偏差が±５％あり、オゾン発生器（表面粗度Ｒａ０．１μｍ）は、平均オゾン濃度が９，７００ｐｐｍでサンプル間の偏差が±５％あった。即ち、オゾンの発生効率及びサンプル間の偏差において、表面粗度Ｒａ０．２μｍのものは、０．３μｍのものに対して臨界的な効果を達成し得た。なお、前述した表面研磨を行わないオゾン発生器（表面粗度Ｒａ０．５μｍ）では、オゾン発生効率が低いと共に偏差が大きく、製品の一つ一つについて性能試験を行う必要があり、特に、大量のオゾンを発生させるために上述したオゾン発生器を複数並列に配置して使用する場合には、オゾン発性効率の近似したものを集める必要があった。これに対して上述した本実施例のオゾン発生器では、表面研磨を行うことにより偏差が小さくなり性能試験を行うことが不要になると共に、複数並列に配置して使用することが容易になる。
【００２２】
なお、上記試験おいて、表面粗度Ｒａ０．１μｍのオゾン発生器は、上述した表面粗度Ｒａ０．２μｍを達成するためにラッピングを行った製品の内の測定器で表面粗度を測定した結果、表面粗度が０．１μｍになった物を１０個抽出して試験を行った。従って、この表面粗度０．１μｍの１０個のサンプルの中には、表面粗度０．０５μｍ〜０．１５μｍのものが含まれており、これらのオゾン発生器を表面粗度Ｒａ０．１μｍとして測定を行った結果、上述したように平均オゾン濃度が９，７００ｐｐｍでサンプル間の偏差が±５％であった。この点から判断して、表面粗度を０．１μｍ以下にしても、上記０．１μｍ時の値で飽和しているものと考えられる。
【００２３】
また、この実施例では、図２に示すように、タングステンメタライズインク１９の周縁部１９ｂを埋設させる大きさに、上側のアルミナグリーンシート１３の開口部１３ａを形成し、下側のアルミナグリーンシート１４に取り付け同時焼成を行っている。即ち、第１放電体１２の裏面の金属電極１９の周縁部分１９ｂをファインセラミックに埋設させている。このように構成しているのは、図６に示すように、金属電極１９の周縁部分１９ｂと開口部１３ａとが離れていると、特に金属電極１９の４つの隅部１９ｃ、１９ｃ、１９ｃ、１９ｃにおいて開口部１３ａとの間で電界密度が高くなり沿面放電が生じ、オゾンを発生することになるからである。金属電極１９は、オゾン発生器の外側に配置されているためオゾンを発生することは望ましくない。この理由から、金属電極１９の周縁部分１９ｂをファインセラミックに埋設することによりオゾンの発生を防いでいる。なお、第２放電板１６側も同様にして金属電極の周縁部分を埋設してオゾンの発生を防いでいる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施例について説明する。上述した第１実施例においては、第１放電板１２と第２放電板１６とがアルミナから形成されたが、この第２実施例においてはムライトから形成される。ここで、オゾン発生器の構成は、第１実施例と同様であるため、図１を参照して第２実施例のオゾン発生器の製造方法を説明する。
【００２５】
まず、平均粒径１．７μｍのアルミナ１１５ｇと、平均粒径２．４μｍのシリカ１１５ｇと、平均粒径０．４μｍの炭酸マグネシウム２０ｇとを良く混合し、１４００°Ｃにて加熱溶融させる。加熱溶融して得られたガラスフリットを、湿式粉砕してガラス粉を形成する。次に、平均粒径２．４μｍの電融ムライト７５０ｇと該ガラス粉とを、分解媒体としてトルエンを用いて２４時間ボールミル中で混合し、続いてグリーンシート成型用のバインダーとしてジブチルフタレートとポリビニルブチラールとを加え更に２４時間混合する。そして、得られた混合物を真空脱泡後、ドクターブレード方により厚さ１．２ｍｍのグリーンシート１３、１４を作成する。
【００２６】
次に、下側のグリーンシート１４の上面に公知のスクリーン印刷法にて金属電極１９をタングステンペーストを用いて印刷し、その上に第１実施例と同様に開口部１３ａを形成したグリーンシート１３を載置する。そして、全体を熱圧着し、１４００°Ｃ〜１６００°Ｃの非酸化雰囲気中で焼成し、第１放電板１２を形成する。その後、第１実施例と同様にして第１放電板１２の放電面（下面側）をラッピング研磨により表面粗度を０．２μｍ以下にする。同様にして第２放電板１６を形成する。
【００２７】
このようにして製造されたオゾン発生器の第１、第２放電板１２、１６を形成するムライトセラミックは、好適な組成範囲において比誘電率が６．３〜７．０程度の低誘電率となる。ちなみに第１実施例のアルミナＡｌ_２Ｏ_３からなるセラミックの比誘電率は９〜１０である。なお、ムライトセラミックは、アルミナセラミックに対して機械的強度が低いため、第１、第２放電板１２、１６を第１実施例と比較して厚く構成する必要があり、また、大型のオゾン発生器は作り難いという課題がある。
【００２８】
次に、本発明の第３実施例について説明する。上述した第１実施例においては、第１放電板１２と第２放電板１６とをアルミナから形成したが、この第２実施例においては、シリコンナイトライドにより形成する。ここで、オゾン発生器の構成は、第１実施例と同様であるため、図１を参照して第３実施例のオゾン発生器の製造方法を説明する。
【００２９】
まず、公知の材料からシリコンナイトライド用の厚さ０．８ｍｍのグリーンシート１３、１４を作成する。そして、グリーンシート１３の中央に開口部１３ａを打ち抜き、グリーンシート１３とグリーンシート１４とを熱圧着し、１４００°Ｃ〜１６００°Ｃの非酸化雰囲気中で焼成する。その後、該開口部１３ａに、白金からなる金属電極１９を取り付け第１放電板１２を形成する。その後、第１実施例と同様にして第１放電板１２の放電面（下面側）をラッピング研磨により表面粗度を０．２μｍ以下にする。同様にして第２放電板１６を形成する。
【００３０】
この第３実施例は、第１、第２放電板１２、１６がシリコンナイトライドから形成されるため、第１実施例のアルミナと同程度の強度を有するが、第１実施例のようにタングステンペーストから金属電極１９を、グリーンシート１３及びグリーンシート１４を焼成する際に同時焼成することができない。このため、第３実施例では上述したように放電板を焼成により形成した後に、金属電極を取り付ける必要がある。
【００３１】
次に、本発明の第４実施例について図５を参照して説明する。上述した第１実施例においては、第１放電板１２と第２放電板１６とが平板状に形成されたが、この第４実施例では、第１放電体７０と第２放電体７２とがアルミナから成るファインセラミックにより円筒状に形成されている。この第１放電体７０の裏面（内周側）にはアルミ蒸着により金属電極７４が形成され、同様に、第２放電体７２の裏面（外周側）にはアルミ蒸着により金属電極７６が形成されている。そして、金属電極７６の外側には、３分割により構成された放熱フィン７８、７８、７８が取り付けられている。この第１放電体７０の放電面（外周側）と第２放電体７２の放電面（内周側）とは、表面粗度が０．２μｍに研磨されている。
【００３２】
この第４実施例の構成を用いれば、図７を参照して前述した従来の構成よりも効率良くオゾンを発生させ得るものと考えられる。この第４実施例は、第１放電体７０の放電面と第２放電体７２の放電面との研磨が第１実施例と比較して困難である反面、大型のオゾン発生器を構成し易い利点がある。また、アルミナではなく、ムライト、シリコンナイトライドでも容易に構成することができる。なお、上述した第４実施例では、第１放電体７０の放電面（外周側）と第２放電体７２の放電面（内周側）とに研磨を加えたが、相対的に研磨の困難な第２放電体７２の放電面（内周側）には研磨を加えることなく用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るオゾン発生器の製造工程を示す斜視図である。
【図２】図１に示すオゾン発生器の放電板の平面図である。
【図３】第１実施例に係るオゾン発生器が取り付け装置に保持された状態を示す断面図である。
【図４】表面粗度対オゾン発生効率のグラフである。
【図５】第４実施例のオゾン発生器の断面図である。
【図６】沿面放電の発生を示すための放電板の平面図である。
【図７】従来技術に係るオゾン発生器の断面図である。
【符号の説明】
１０オゾン発生器
１２第１放電板
１５スペーサ
１６第２放電板
１９金属電極
２０金属電極
２２放熱フィン
２４放熱フィン
２６酸素導入孔
２８オゾン導出孔
５０取り付け装置

Claims

裏面に金属電極が配設された一対のファインセラミックからなる放電体を対向させて形成する無声放電方式のオゾン発生器において、ファインセラミックの放電面の表面粗度をＲａで０．２μｍ以下に形成し、
前記放電体の裏面の金属電極に放熱フィンを取り付けたことを特徴とするオゾン発生器。
裏面に金属電極が配設された一対のファインセラミックからなる放電体を対向させて形成する無声放電方式のオゾン発生器において、ファインセラミックの放電面の表面粗度をＲａで０．２μｍ以下に形成し、
板状部材から成る前記放電体の一方に酸素導入孔とオゾン導出孔とが穿設され、該オゾン発生器が、酸素導入孔とオゾン導出孔とを有し耐オゾン性部材から成る取り付け装置に、前記オゾン発生器側の酸素導入孔及びオゾン導出孔と該取り付け装置側の酸素導入孔及びオゾン導出孔とが連通するように、取り付けられていることを特徴とするオゾン発生器。
裏面に金属電極が配設された一対のファインセラミックからなる放電体を対向させて形成する無声放電方式のオゾン発生器において、ファインセラミックの放電面の表面粗度をＲａで０．２μｍ以下に形成し、
前記放電体裏面の金属電極の少なくとも周縁部分が、ファインセラミックに埋設されていることを特徴とするオゾン発生器。
前記放電体が、スペーサを介在させ対向させていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１のオゾン発生器。