JP6220957B1 - ダイヤモンド電極、ダイヤモンド電極の製造方法及び電解水生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の課題は、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができるダイヤモンド電極、ダイヤモンド電極の製造方法及び電解水生成装置を提供することを課題としている。【解決手段】本発明のダイヤモンド電極は、電極用基板の少なくとも一方の面に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを蒸着により形成してなるダイヤモンド電極であって、前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部が形成されており、前記溝部が形成された前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部が複数形成され、前記溝部の幅が、前記穴部の径よりも小さいことを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、ダイヤモンド電極、ダイヤモンド電極の製造方法及び電解水生成装置に関する。
近年、オゾン水は食品の殺菌や悪臭ガスの脱臭などの用途に広範に使用されており、さらに医療や介護の分野で、数多い知見例が発表され始めている。また、半導体製造領域においても、超微細構造に対するオゾン酸化の特徴が認められ、オゾン水の使用が必須とされている。
このようなオゾン水の製法として、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極の電解面に原料水を直接接触させて、水の電気分解によりオゾン水を生成させる直接電解法を利用したものが知られている。
直接電解法で使用する触媒電極は、白金、金、白金被覆チタン等を材料とすることが一般的である。しかしながら、上述のような材料を使用した場合、原料水の電気分解に伴って、電極が消耗・溶出するという現象が生じる。その結果、溶出した金属イオンが陽イオン交換膜に付着して反応を阻害してしまうため、オゾン水の生成効率が低下するという問題がある。
また、原料水として食塩水を使用していたが、オゾン発生に伴い不純物が生じることから、純水又は精製水を使用することが好ましいとされている。しかしながら、純水又は精製水のような導電率の低い水を使用する場合、上述の白金等からなる触媒電極では電解電流が流れにくく、オゾンの発生が微量であった。
そこで、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって形成した自立体型導電性ダイヤモンド板を陽極として使用したり（例えば、特許文献１参照）、チタン等の電極用基板上にＣＶＤ法によってダイヤモンド薄膜を形成した陽極や陰極を使用することが知られている。
このようなオゾン水の製法として、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極の電解面に原料水を直接接触させて、水の電気分解によりオゾン水を生成させる直接電解法を利用したものが知られている。
直接電解法で使用する触媒電極は、白金、金、白金被覆チタン等を材料とすることが一般的である。しかしながら、上述のような材料を使用した場合、原料水の電気分解に伴って、電極が消耗・溶出するという現象が生じる。その結果、溶出した金属イオンが陽イオン交換膜に付着して反応を阻害してしまうため、オゾン水の生成効率が低下するという問題がある。
また、原料水として食塩水を使用していたが、オゾン発生に伴い不純物が生じることから、純水又は精製水を使用することが好ましいとされている。しかしながら、純水又は精製水のような導電率の低い水を使用する場合、上述の白金等からなる触媒電極では電解電流が流れにくく、オゾンの発生が微量であった。
そこで、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって形成した自立体型導電性ダイヤモンド板を陽極として使用したり（例えば、特許文献１参照）、チタン等の電極用基板上にＣＶＤ法によってダイヤモンド薄膜を形成した陽極や陰極を使用することが知られている。
また、上記のように電極用基板上にダイヤモンド薄膜を形成する場合、電極用基板は、オゾン発生効率の点で、多孔状や網目状とすることが一般的である（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、このような多孔状や網目状の薄い電極用基板上にＣＶＤ法等の蒸着によってダイヤモンドを成膜した場合、多数の孔や網目が電極用基板の両面を貫通しているので、電極用基板の表面側から蒸着により成膜したダイヤモンド膜は、多数の孔や網目部分で保持されにくく、電極用基板の裏面側に抜けて剥離しやすかった。また、多数の孔や網目部分でダイヤモンド膜が剥離することに伴い、その他の箇所も一緒に引っ張られて剥離してしまうことがあった。
さらに、多数の孔や網目のピッチ間隔も広く、孔や網目を形成する壁面に成膜されたダイヤモンド膜が剥離し易かった。
なお、上記自立体型導電性ダイヤモンド板の場合には、ダイヤモンド膜の剥離は問題とはならない。
しかしながら、このような多孔状や網目状の薄い電極用基板上にＣＶＤ法等の蒸着によってダイヤモンドを成膜した場合、多数の孔や網目が電極用基板の両面を貫通しているので、電極用基板の表面側から蒸着により成膜したダイヤモンド膜は、多数の孔や網目部分で保持されにくく、電極用基板の裏面側に抜けて剥離しやすかった。また、多数の孔や網目部分でダイヤモンド膜が剥離することに伴い、その他の箇所も一緒に引っ張られて剥離してしまうことがあった。
さらに、多数の孔や網目のピッチ間隔も広く、孔や網目を形成する壁面に成膜されたダイヤモンド膜が剥離し易かった。
なお、上記自立体型導電性ダイヤモンド板の場合には、ダイヤモンド膜の剥離は問題とはならない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができるダイヤモンド電極、ダイヤモンド電極の製造方法及び電解水生成装置を提供することを課題としている。
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、電極用基板のダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部と、溝部の幅を跨いで貫通する複数の穴部を形成し、溝部の幅を穴部の径よりも小さくすることによって、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができることを見いだし本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
１．電極用基板の少なくとも一方の面に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを蒸着により形成してなるダイヤモンド電極であって、
前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部が形成されており、
前記溝部が形成された前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部が複数形成され、
前記溝部の幅が、前記穴部の径よりも小さく、かつ、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部、若しくは、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向に沿って、螺旋状の溝部が形成され、
さらに、前記電極用基板の外周面に、当該外周面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部が形成されていることを特徴とするダイヤモンド電極。
前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部が形成されており、
前記溝部が形成された前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部が複数形成され、
前記溝部の幅が、前記穴部の径よりも小さく、かつ、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部、若しくは、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向に沿って、螺旋状の溝部が形成され、
さらに、前記電極用基板の外周面に、当該外周面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部が形成されていることを特徴とするダイヤモンド電極。
２．前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に形成された前記溝部の幅が、０．０１〜１．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする第１項に記載のダイヤモンド電極。
３．前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に形成された、互いに隣接する前記溝部のピッチ間隔が、０．０２〜５０ｍｍの範囲内であることを特徴とする第１項又は第２項に記載のダイヤモンド電極。
４．第１項から第３項までのいずれか一項に記載のダイヤモンド電極の製造方法であって、
前記電極用基板の前記ダイヤモンドを蒸着する面に、全面にわたり多数の線状の溝部を形成し、
前記溝部を形成した前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部を複数形成し、
前記溝部の幅を、前記穴部の径よりも小さくし、かつ、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部、若しくは、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向に沿って、螺旋状の溝部を形成し、
さらに、前記電極用基板の外周面に、当該外周面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部を形成することを特徴とするダイヤモンド電極の製造方法。
前記電極用基板の前記ダイヤモンドを蒸着する面に、全面にわたり多数の線状の溝部を形成し、
前記溝部を形成した前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部を複数形成し、
前記溝部の幅を、前記穴部の径よりも小さくし、かつ、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部、若しくは、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向に沿って、螺旋状の溝部を形成し、
さらに、前記電極用基板の外周面に、当該外周面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部を形成することを特徴とするダイヤモンド電極の製造方法。
５．第１項から第３項までのいずれか一項に記載のダイヤモンド電極を備えたことを特徴とする電解水生成装置。
本発明によれば、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができるダイヤモンド電極、ダイヤモンド電極の製造方法及び電解水生成装置を提供することができる。
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
電極用基板のダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部が形成されており、電極用基板の両面を貫通するとともに、溝部の幅を跨いで貫通する穴部が複数形成され、溝部の幅が穴部の径よりも小さいので、多数の線状の溝部がダイヤモンド膜で埋め込まれてダイヤモンド膜の剥離を防止することができる。
すなわち、例えば、図２に示すように、溝部２０３を形成する互いに対向する壁面２０３ａ，２０３ａ間が全てダイヤモンド膜Ｄで埋められるため、ダイヤモンド膜Ｄが確実に保持されて剥離を防止することができる。一方、図１１（ａ）に示すように、電極用基板３０１に、本発明の線状の溝部２０３よりも幅の広い溝部３０２（例えば、２ｍｍ以上の溝部）を形成した場合には、溝部３０２を形成する互いに対向する壁面３０２ａ，３０２ａ間が全てダイヤモンド膜Ｄで埋められない（互いに対向する一方の壁面３０２ａに成膜されたダイヤモンド膜Ｄと、他方の壁面３０２ａに成膜されたダイヤモンド膜Ｄとの間に空間Ｋが生じる）ことから、ダイヤモンド膜Ｄが剥離しやすい。また、図１１（ｂ）に示すような、電極用基板３０３の両面を貫通する孔３０４を形成した場合においても、孔３０４を形成する互いに対向する壁面３０４ａ，３０４ａ間が全てダイヤモンド膜Ｄで埋められないため、ダイヤモンド膜Ｄが剥離しやすい。また、ダイヤモンド膜Ｄが剥離した箇所から引っ張られて、他の箇所のダイヤモンド膜Ｄも剥離してしまう。
以上のように、本発明では、電極用基板のダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたって、従来よりも幅の狭い多数の線状の溝部を形成することで、線状の溝部内が全てダイヤモンド膜で埋められることから、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができる。
また、言い換えると、溝部を形成せずに、電極用基板の表面に直接、ダイヤモンド膜を成膜する場合は、１つの大きな面積の電極用基板で、当該面積と同等の大きな面積を有するダイヤモンド膜を保持することになるため、ダイヤモンド膜の端から剥がれやすくなるが、本発明のように多数の線状の溝部を形成して、電極用基板を多数の小さな区画に分けることで、小さな面積の各区画で、当該面積と同等の小さな面積のダイヤモンド膜がそれぞれ保持されることになるので、ダイヤモンド膜が剥がれにくくなる。この点からも、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができると言える。
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
電極用基板のダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部が形成されており、電極用基板の両面を貫通するとともに、溝部の幅を跨いで貫通する穴部が複数形成され、溝部の幅が穴部の径よりも小さいので、多数の線状の溝部がダイヤモンド膜で埋め込まれてダイヤモンド膜の剥離を防止することができる。
すなわち、例えば、図２に示すように、溝部２０３を形成する互いに対向する壁面２０３ａ，２０３ａ間が全てダイヤモンド膜Ｄで埋められるため、ダイヤモンド膜Ｄが確実に保持されて剥離を防止することができる。一方、図１１（ａ）に示すように、電極用基板３０１に、本発明の線状の溝部２０３よりも幅の広い溝部３０２（例えば、２ｍｍ以上の溝部）を形成した場合には、溝部３０２を形成する互いに対向する壁面３０２ａ，３０２ａ間が全てダイヤモンド膜Ｄで埋められない（互いに対向する一方の壁面３０２ａに成膜されたダイヤモンド膜Ｄと、他方の壁面３０２ａに成膜されたダイヤモンド膜Ｄとの間に空間Ｋが生じる）ことから、ダイヤモンド膜Ｄが剥離しやすい。また、図１１（ｂ）に示すような、電極用基板３０３の両面を貫通する孔３０４を形成した場合においても、孔３０４を形成する互いに対向する壁面３０４ａ，３０４ａ間が全てダイヤモンド膜Ｄで埋められないため、ダイヤモンド膜Ｄが剥離しやすい。また、ダイヤモンド膜Ｄが剥離した箇所から引っ張られて、他の箇所のダイヤモンド膜Ｄも剥離してしまう。
以上のように、本発明では、電極用基板のダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたって、従来よりも幅の狭い多数の線状の溝部を形成することで、線状の溝部内が全てダイヤモンド膜で埋められることから、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができる。
また、言い換えると、溝部を形成せずに、電極用基板の表面に直接、ダイヤモンド膜を成膜する場合は、１つの大きな面積の電極用基板で、当該面積と同等の大きな面積を有するダイヤモンド膜を保持することになるため、ダイヤモンド膜の端から剥がれやすくなるが、本発明のように多数の線状の溝部を形成して、電極用基板を多数の小さな区画に分けることで、小さな面積の各区画で、当該面積と同等の小さな面積のダイヤモンド膜がそれぞれ保持されることになるので、ダイヤモンド膜が剥がれにくくなる。この点からも、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができると言える。
本発明のダイヤモンド電極は、電極用基板の少なくとも一方の面に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを蒸着により形成してなるダイヤモンド電極であって、前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部が形成されており、前記溝部が形成された前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部が複数形成され、前記溝部の幅が、前記穴部の径よりも小さいことを特徴とする。この特徴は、各請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。
本発明の実施態様としては、前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部が形成されていること、また、前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向に沿って、螺旋状の溝部が形成されていることが好ましい。これにより、穴部を形成する壁面に成膜されたダイヤモンド膜が剥離するのを防止することができる。また、穴部を形成する壁面に溝部を形成することにより、表面積が増えることから、オゾン発生用の電極として使用した場合に、原料水の電極への接触面積が増えて、オゾン水生成効率が上がる。また、オゾン水以外の電解水生成用の電極として使用した場合にも、電解水の生成効率が上がる。
本発明の実施態様としては、前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部が形成されていること、また、前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向に沿って、螺旋状の溝部が形成されていることが好ましい。これにより、穴部を形成する壁面に成膜されたダイヤモンド膜が剥離するのを防止することができる。また、穴部を形成する壁面に溝部を形成することにより、表面積が増えることから、オゾン発生用の電極として使用した場合に、原料水の電極への接触面積が増えて、オゾン水生成効率が上がる。また、オゾン水以外の電解水生成用の電極として使用した場合にも、電解水の生成効率が上がる。
前記電極用基板の外周面に、当該外周面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部が形成されていることが好ましい。
すなわち、電極用基板の外周面に溝部を形成しない場合には、当該外周面に成膜されたダイヤモンド膜が剥離し易く、この剥離に伴って、電極用基板の表面に成膜されたダイヤモンド膜も引っ張られて一緒に剥離するという問題があったが、電極用基板の外周面に溝部を形成することで、当該外周面に成膜されたダイヤモンド膜の剥離防止だけでなく、電極用基板の表面に成膜されたダイヤモンド膜の剥離防止にもつながる。また、電極用基板の外周面に成膜されたダイヤモンド膜が剥離した場合、この剥離部分の電極用基板の外周面を切断する作業を行っていたが、あらかじめ電極用基板の外周面に溝部を形成しておくことで、このような剥離部分における電極用基板の切断作業を省略することができる。
すなわち、電極用基板の外周面に溝部を形成しない場合には、当該外周面に成膜されたダイヤモンド膜が剥離し易く、この剥離に伴って、電極用基板の表面に成膜されたダイヤモンド膜も引っ張られて一緒に剥離するという問題があったが、電極用基板の外周面に溝部を形成することで、当該外周面に成膜されたダイヤモンド膜の剥離防止だけでなく、電極用基板の表面に成膜されたダイヤモンド膜の剥離防止にもつながる。また、電極用基板の外周面に成膜されたダイヤモンド膜が剥離した場合、この剥離部分の電極用基板の外周面を切断する作業を行っていたが、あらかじめ電極用基板の外周面に溝部を形成しておくことで、このような剥離部分における電極用基板の切断作業を省略することができる。
前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に形成された前記溝部の幅が、０．０１〜１．０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜の剥離防止の点で好ましい。
また、前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に形成された、互いに隣接する前記溝部のピッチ間隔が、０．０２〜５０ｍｍの範囲内であることも、ダイヤモンド膜の剥離防止の点で好ましい。
また、前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に形成された、互いに隣接する前記溝部のピッチ間隔が、０．０２〜５０ｍｍの範囲内であることも、ダイヤモンド膜の剥離防止の点で好ましい。
本発明のダイヤモンド電極の製造方法は、前記電極用基板の前記ダイヤモンドを蒸着する面に、全面にわたり多数の線状の溝部を形成し、前記溝部を形成した前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部を複数形成し、前記溝部の幅を、前記穴部の径よりも小さくすることを特徴とする。これにより、多数の線状の溝部内にダイヤモンドが埋め込まれて、ダイヤモンド膜の剥離を防止することができる。
本発明のダイヤモンド電極は、電解水生成装置に好適に用いられる。
本発明のダイヤモンド電極は、電解水生成装置に好適に用いられる。
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
［ダイヤモンド電極］
図１（ａ）は、本発明のダイヤモンド電極の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線における矢視断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＹ−Ｙ線における矢視断面図である。
本発明のダイヤモンド電極２００は、電極用基板２０１の少なくとも一方の面に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを蒸着により形成してなるダイヤモンド電極である。
電極用基板２０１は、平面視正方形状であってもよいし、平面視長方形状であってもよいし、平面視円形状であってもよいが、加工面で平面視正方形状又は平面視長方形状が好ましい。
平面視長方形状の場合、電極用基板２０１の長手方向の長さが、１５〜５００ｍｍの範囲内であり、短手方向の長さが、１０〜３５０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
平面視正方形状の場合は、一辺の長さが、１０〜５００ｍｍの範囲内であることが好ましい。
平面視円形状の場合は、直径が、φ１０〜φ５００ｍｍの範囲内であることが好ましい。
また、電極用基板２０１の厚さは、０．５〜２．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
図１（ａ）は、本発明のダイヤモンド電極の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線における矢視断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＹ−Ｙ線における矢視断面図である。
本発明のダイヤモンド電極２００は、電極用基板２０１の少なくとも一方の面に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを蒸着により形成してなるダイヤモンド電極である。
電極用基板２０１は、平面視正方形状であってもよいし、平面視長方形状であってもよいし、平面視円形状であってもよいが、加工面で平面視正方形状又は平面視長方形状が好ましい。
平面視長方形状の場合、電極用基板２０１の長手方向の長さが、１５〜５００ｍｍの範囲内であり、短手方向の長さが、１０〜３５０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
平面視正方形状の場合は、一辺の長さが、１０〜５００ｍｍの範囲内であることが好ましい。
平面視円形状の場合は、直径が、φ１０〜φ５００ｍｍの範囲内であることが好ましい。
また、電極用基板２０１の厚さは、０．５〜２．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
電極用基板２０１としては、例えば、安定性が良い点で、チタン、タングステン、白金、金又はその被覆金属を使用することが好ましい。特に、チタンに白金を被覆した金属を使用すると、製造コストを安価に抑えることができる点で好ましい。また、金属以外にも、曲がるセラミックスを使用することもできる。さらに、ダイヤモンド膜の密着性が良好な（剥離防止できる）点で、シリコンウェハが最も好ましい。
電極用基板２０１のダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部２０３が形成されている。
また、全面にわたり多数の線状の溝部２０３が形成された電極用基板２０１に、当該電極用基板２０１の両面を貫通するとともに、溝部２０３の幅ｍを跨いで貫通する穴部２０２が複数形成されている。そして、本発明では、溝部２０３の幅ｍが、穴部２０２の径（直径）Ｍよりも小さいことを特徴とする。
また、全面にわたり多数の線状の溝部２０３が形成された電極用基板２０１に、当該電極用基板２０１の両面を貫通するとともに、溝部２０３の幅ｍを跨いで貫通する穴部２０２が複数形成されている。そして、本発明では、溝部２０３の幅ｍが、穴部２０２の径（直径）Ｍよりも小さいことを特徴とする。
具体的には、例えば図１では、平面視正方形状の電極用基板２０１の上面に、当該電極用基板２０１の縦方向に沿って延びる溝部２０３が、横方向に沿って所定間隔で、全面にわたり多数形成されている。なお、図１の溝部２０３は、電極用基板２０１の上面（表面）のみに形成しているが、電極用基板２０１の上下面（表裏面）の両方に形成してもよい。
溝部２０３の断面形状は、図１（ｂ）及び図２に示すように、三角形状をなしている。溝部２０３の断面形状は、三角形状の他、図３（ａ）〜（ｃ）に示すような、四角形状、半円形状、又は、Ｕ字形状であってもよいが、加工面で三角形状が好ましい。
なお、図３（ａ）〜（ｃ）のいずれの断面形状においても、溝部２０３を形成する互いに対向する壁面２０３ａ，２０３ａ間が、全てダイヤモンドで埋められるので、ダイヤモンド膜Ｄの剥離が防止される。
なお、図面の関係上、ダイヤモンド膜Ｄは、図２及び図３のみに図示している。
溝部２０３の断面形状は、図１（ｂ）及び図２に示すように、三角形状をなしている。溝部２０３の断面形状は、三角形状の他、図３（ａ）〜（ｃ）に示すような、四角形状、半円形状、又は、Ｕ字形状であってもよいが、加工面で三角形状が好ましい。
なお、図３（ａ）〜（ｃ）のいずれの断面形状においても、溝部２０３を形成する互いに対向する壁面２０３ａ，２０３ａ間が、全てダイヤモンドで埋められるので、ダイヤモンド膜Ｄの剥離が防止される。
なお、図面の関係上、ダイヤモンド膜Ｄは、図２及び図３のみに図示している。
図４は、溝部２０３の幅ｍ及び溝部２０３のピッチ間隔Ｐ１を、図１の場合よりも小さくした場合であり、この場合には、図１の場合よりも、電極用基板２０１がより小さな面積の区画に分けられるため、各区画に成膜されるダイヤモンド膜Ｄの面積も小さくなる。よって、ダイヤモンド膜Ｄが剥がれにくくなり、剥離防止がより確実となる。
さらに、図５に示すように、電極用基板２０１の縦方向及び横方向に沿ってそれぞれ延びる溝部２０３を形成し、格子状としてもよい。この場合においても、図１の場合よりダイヤモンド剥離防止の点で好ましい。
また、図６に示すように、溝部２０３の幅ｍ及び溝部２０３のピッチ間隔Ｐ１を、図５の場合よりも小さくしてもよい。この場合、図５の場合よりもダイヤモンド膜Ｄの剥離防止が良好となる。
さらに、図５に示すように、電極用基板２０１の縦方向及び横方向に沿ってそれぞれ延びる溝部２０３を形成し、格子状としてもよい。この場合においても、図１の場合よりダイヤモンド剥離防止の点で好ましい。
また、図６に示すように、溝部２０３の幅ｍ及び溝部２０３のピッチ間隔Ｐ１を、図５の場合よりも小さくしてもよい。この場合、図５の場合よりもダイヤモンド膜Ｄの剥離防止が良好となる。
溝部２０３の幅ｍは、０．０１〜１．０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。より好ましくは、０．０１〜０．４ｍｍの範囲内である。
また、横方向又は縦方向に互いに隣接する溝部２０３のピッチ間隔Ｐ１が、０．０２〜５０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。
また、横方向又は縦方向に互いに隣接する溝部２０３のピッチ間隔Ｐ１が、０．０２〜５０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。
電極用基板２０１の両面を貫通して形成された穴部２０２は、平面視円形状で、側断面視で矩形状をなしている（図１（ｃ）参照）。複数の穴部２０２は、電極用基板２０１の縦方向及び横方向に沿って整列して形成されている。
このような複数の穴部２０２は、オゾン発生用の電極として使用した場合、穴部２０２を介して、原料水が陽イオン交換膜に接触するようになっており、発生したオゾン気泡や、水素イオン、水等が移動する流路となる。また、穴部２０２の形成により、ダイヤモンド電極２００の表面積が増えて、原料水のダイヤモンド電極２００への接触面積が増えることからオゾン発生効率が上がる。
また、このような複数の穴部２０２により、後述する陽イオン交換膜を全面的に覆い隠すように密着しない形状のもとなる。これによって、陽イオン交換膜に陽極電極（本発明のダイヤモンド電極２００）を圧接した際に、陽イオン交換膜に陽極電極が接触する部分と接触しない部分とが生じることによって、原料水が流れた際に渦流を生じ、陽極電極で発生したオゾンの微泡を巻き込んで溶解を早めることができる。
このような複数の穴部２０２は、オゾン発生用の電極として使用した場合、穴部２０２を介して、原料水が陽イオン交換膜に接触するようになっており、発生したオゾン気泡や、水素イオン、水等が移動する流路となる。また、穴部２０２の形成により、ダイヤモンド電極２００の表面積が増えて、原料水のダイヤモンド電極２００への接触面積が増えることからオゾン発生効率が上がる。
また、このような複数の穴部２０２により、後述する陽イオン交換膜を全面的に覆い隠すように密着しない形状のもとなる。これによって、陽イオン交換膜に陽極電極（本発明のダイヤモンド電極２００）を圧接した際に、陽イオン交換膜に陽極電極が接触する部分と接触しない部分とが生じることによって、原料水が流れた際に渦流を生じ、陽極電極で発生したオゾンの微泡を巻き込んで溶解を早めることができる。
穴部２０２の径Ｍは、前記溝部２０３の幅ｍより大きく、０．５〜１０．０ｍｍの範囲内であることが、オゾン水等の電解水生成効率が上がる点で好ましい。
また、穴部２０２のピッチ間隔Ｐ２は、０．５〜２０ｍｍの範囲内であることが、電極用基板２０１の強度面で好ましい。
また、穴部２０２のピッチ間隔Ｐ２は、０．５〜２０ｍｍの範囲内であることが、電極用基板２０１の強度面で好ましい。
電極用基板２０１の穴部２０２を形成する壁面（内周面）２０２ａには、当該壁面２０２ａの周方向又は電極用基板２０１の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部２０４が形成されていることが好ましい。
すなわち、図７（ａ）に示すように、電極用基板２０１の穴部２０２を形成する壁面２０２ａに、電極用基板２０１の厚さ方向に沿って、多数の線状の溝部２０４が形成されている。また、図７（ｂ）の場合には、電極用基板２０１の穴部２０２を形成する壁面２０２ａに、当該壁面２０２ａの周方向に沿って、多数の線状の溝部２０４が形成されている。多数の線状の溝部２０４は、電極用基板２０１の厚さ方向において等間隔に平行となるように形成されている。
また、図示しないが、電極用基板２０１の厚さ方向と、壁面２０２ａの周方向との両方向に沿ってそれぞれ多数の溝部２０４が形成されていてもよい。
さらに、図７（ｃ）に示すように、電極用基板２０１の穴部２０２を形成する壁面２０２ａに、当該壁面２０２ａの周方向に沿って、螺旋状の溝部２０４が形成されていてもよい。螺旋状にすることで、加工性がよくなりコストダウンができる。
すなわち、図７（ａ）に示すように、電極用基板２０１の穴部２０２を形成する壁面２０２ａに、電極用基板２０１の厚さ方向に沿って、多数の線状の溝部２０４が形成されている。また、図７（ｂ）の場合には、電極用基板２０１の穴部２０２を形成する壁面２０２ａに、当該壁面２０２ａの周方向に沿って、多数の線状の溝部２０４が形成されている。多数の線状の溝部２０４は、電極用基板２０１の厚さ方向において等間隔に平行となるように形成されている。
また、図示しないが、電極用基板２０１の厚さ方向と、壁面２０２ａの周方向との両方向に沿ってそれぞれ多数の溝部２０４が形成されていてもよい。
さらに、図７（ｃ）に示すように、電極用基板２０１の穴部２０２を形成する壁面２０２ａに、当該壁面２０２ａの周方向に沿って、螺旋状の溝部２０４が形成されていてもよい。螺旋状にすることで、加工性がよくなりコストダウンができる。
また、電極用基板２０１の外周面２０１ａに、当該外周面２０１ａの周方向又は前記電極用基板２０１の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、溝部２０５が多数形成されていることが好ましい。
すなわち、図８（ａ）に示すように、電極用基板２０１の外周面（４つの側面）２０１ａに、電極用基板２０１の厚さ方向に沿って、溝部２０５が多数形成されている。また、図８（ｂ）の場合には、電極用基板２０１の外周面２０１ａに、当該外周面２０１ａの周方向に沿って、溝部２０５が多数形成されている。また、図示しないが、電極用基板２０１の厚さ方向と、外周面２０１ａの周方向との両方向に沿ってそれぞれ多数の溝部２０５が形成されていてもよい。
すなわち、図８（ａ）に示すように、電極用基板２０１の外周面（４つの側面）２０１ａに、電極用基板２０１の厚さ方向に沿って、溝部２０５が多数形成されている。また、図８（ｂ）の場合には、電極用基板２０１の外周面２０１ａに、当該外周面２０１ａの周方向に沿って、溝部２０５が多数形成されている。また、図示しないが、電極用基板２０１の厚さ方向と、外周面２０１ａの周方向との両方向に沿ってそれぞれ多数の溝部２０５が形成されていてもよい。
なお、電極用基板２０１の穴部２０２を形成する壁面２０２ａに形成された溝部２０４、及び、電極用基板２０１の外周面２０１ａに形成された溝部２０５の、断面形状は、特に限定されるものではなく、上述した電極用基板２０１のダイヤモンドを蒸着する面に形成された溝部２０３と同様に、三角形状、四角形状、半円形状、又は、Ｕ字形状等のいずれであってもよく、これら以外の形状であってもよい。
また、穴部２０２を形成する壁面２０２ａに形成された溝部２０４の幅は、０．０１〜１．０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。また、互いに隣接する溝部２０４のピッチ間隔Ｐ３は、０．０１〜３．０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。
さらに、電極用基板２０１の外周面２０１ａに形成された溝部２０５の幅は、０．０１〜１．０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。また、互いに隣接する溝部２０５のピッチ間隔Ｐ４は、０．０１〜３．０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。
さらに、電極用基板２０１の外周面２０１ａに形成された溝部２０５の幅は、０．０１〜１．０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。また、互いに隣接する溝部２０５のピッチ間隔Ｐ４は、０．０１〜３．０ｍｍの範囲内であることが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。
なお、図１に示す穴部２０２は、平面視で円形状、側断面視で矩形状をなしているが、これに限らず、例えば、図９に示す穴部２０２のように、平面視で円形状、側断面視で台形状をなしたものであってもよい。すなわち、電極用基板２０１の上面に開口する穴部２０２の径が、電極用基板２０１の下面に開口する穴部２０２の径よりも大きくなっている。このような側断面視で台形状をなした穴部２０２とすることによって、図１に示すような側断面視で矩形状の穴部２０２よりも、表面積を大きくすることができ、オゾン水等の電解水の生成効率に有利となる。なお、図９に示す側断面視台形状の穴部２０２を形成した場合、穴部２０２の径の大きい側の電極面をイオン交換膜側に配置することが好ましい。
また、この側断面視台形状の穴部２０２とした場合にも、上記と同様に、穴部２０２を形成する壁面２０２ａに多数の溝部（図示しない）を形成することが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。
また、この側断面視台形状の穴部２０２とした場合にも、上記と同様に、穴部２０２を形成する壁面２０２ａに多数の溝部（図示しない）を形成することが、ダイヤモンド膜Ｄの剥離防止の点で好ましい。
また、穴部２０２の形状は、その他、種々の形状に変更可能である。
本発明のダイヤモンド電極２００は、上記のような電極用基板２０１の表面（少なくとも後述する陽イオン交換膜側の面）に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを成膜したものである。また、本発明のダイヤモンド電極２００を、電解水（微酸性水、強酸性水、アルカリ性水等）を生成するための電極として使用する場合には、電極用基板２０１の両面に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを成膜したものであることが好ましい。
ホウ素のドープ量は、ダイヤモンドの炭素に対して０．１〜８．０％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、１．０〜５．０％の範囲内であることが好ましい。
ホウ素のドープ量を０．１〜８．０％の範囲内としたのは、ドープ量を０．１％未満とした場合、導電率が小さくなり、例えば、オゾン等の発生が低下してしまうためであり、ドープ量を８．０％より多くすることは理論的に困難なためである。ホウ素のドープ量を０．１〜８．０％の範囲内とすることによって、導電率が大きくなり、電流効率が向上することからオゾン発生に有利となる。
ホウ素のドープ量を０．１〜８．０％の範囲内としたのは、ドープ量を０．１％未満とした場合、導電率が小さくなり、例えば、オゾン等の発生が低下してしまうためであり、ドープ量を８．０％より多くすることは理論的に困難なためである。ホウ素のドープ量を０．１〜８．０％の範囲内とすることによって、導電率が大きくなり、電流効率が向上することからオゾン発生に有利となる。
［ダイヤモンド電極の製造方法］
本発明のダイヤモンド電極２００の製造方法は、前記電極用基板２０１の前記ダイヤモンドを蒸着する面に、全面にわたり多数の線状の溝部２０３を形成し、前記溝部２０３を形成した前記電極用基板２０１に、当該電極用基板２０１の両面を貫通するとともに、前記溝部２０３の幅ｍを跨いで貫通する穴部２０２を複数形成し、前記溝部２０３の幅ｍを、前記穴部２０２の径Ｍよりも小さくすることを特徴とする。
本発明のダイヤモンド電極２００の製造方法は、前記電極用基板２０１の前記ダイヤモンドを蒸着する面に、全面にわたり多数の線状の溝部２０３を形成し、前記溝部２０３を形成した前記電極用基板２０１に、当該電極用基板２０１の両面を貫通するとともに、前記溝部２０３の幅ｍを跨いで貫通する穴部２０２を複数形成し、前記溝部２０３の幅ｍを、前記穴部２０２の径Ｍよりも小さくすることを特徴とする。
電極用基板２０１に多数の溝部２０３を形成する方法としては、例えば、レーザー加工機を用いて形成することができる。
また、溝部２０３を形成した電極用基板２０１に複数の穴部２０２を形成する方法としては、例えば、レーザー加工機を用いて形成することができる。
また、溝部２０３を形成した電極用基板２０１に複数の穴部２０２を形成する方法としては、例えば、レーザー加工機を用いて形成することができる。
ホウ素をドープしたダイヤモンドの成膜方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ法や熱フェラメントＣＶＤ法等が挙げられる。
プラズマＣＶＤ法の場合、具体的には、チャンバー内に電極用基板２０１を配置し、チャンバー内に予め水素ガスを導入して、水素ガスによりプラズマを発生させておく。次いで、炭素源としてアセトン又はメタンガス等、ホウ素源としてトリメトキシボラン又はトリメチルボロン等を、キャリアガスである水素、窒素、Ａｒ等によりバブリングを行って気化して原料ガスとし、この原料ガスを、上記プラズマ発生のための水素ガスとは別ラインからチャンバー内に導入する。このようにしてチャンバー内に配置した電極用基板２０１上に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを成膜する。なお、チャンバー内の温度は、１０００〜１５００℃の範囲内が好ましい。
プラズマＣＶＤ法の場合、具体的には、チャンバー内に電極用基板２０１を配置し、チャンバー内に予め水素ガスを導入して、水素ガスによりプラズマを発生させておく。次いで、炭素源としてアセトン又はメタンガス等、ホウ素源としてトリメトキシボラン又はトリメチルボロン等を、キャリアガスである水素、窒素、Ａｒ等によりバブリングを行って気化して原料ガスとし、この原料ガスを、上記プラズマ発生のための水素ガスとは別ラインからチャンバー内に導入する。このようにしてチャンバー内に配置した電極用基板２０１上に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを成膜する。なお、チャンバー内の温度は、１０００〜１５００℃の範囲内が好ましい。
ホウ素をダイヤモンドの炭素に対して０．１〜８．０％の範囲でドープするためには、液体原料のアセトンとトリメトキシボランの仕込み量を変えることによって、炭素／ホウ素比を調整し、所定のドープ量となるようにする。
また、ホウ素を高濃度にドープする際は、上記液体原料をキャリアガスのバブリングにより気化して原料ガスとした上で、チャンバー内に導入するが、その際の原料ガスのチャンバー内への導入流量を例えばニードルバルブにより絞ることによって制御する。
具体的に、ドープ量を０．１〜８．０％の範囲とするための条件としては、プラズマ出力２５００〜５０００Ｗ、チャンバー内圧力１１０〜１３０Ｔｒｒ、炭素源圧力２０００〜３５００Ｐａ、成膜時間を８時間程度とすることが好ましい。なお、ここで言う炭素源圧力とは、上述の気化した原料ガス（アセトン＋トリメトキシボランをキャリアガスによりバブリングして気化した炭素源（ホウ素源））が、バルブにより制御されてチャンバー内へ導入される前の圧力を言う。すなわち、バルブを通る前の気化した炭素源（ホウ素源）の圧力である。
また、ホウ素を高濃度にドープする際は、上記液体原料をキャリアガスのバブリングにより気化して原料ガスとした上で、チャンバー内に導入するが、その際の原料ガスのチャンバー内への導入流量を例えばニードルバルブにより絞ることによって制御する。
具体的に、ドープ量を０．１〜８．０％の範囲とするための条件としては、プラズマ出力２５００〜５０００Ｗ、チャンバー内圧力１１０〜１３０Ｔｒｒ、炭素源圧力２０００〜３５００Ｐａ、成膜時間を８時間程度とすることが好ましい。なお、ここで言う炭素源圧力とは、上述の気化した原料ガス（アセトン＋トリメトキシボランをキャリアガスによりバブリングして気化した炭素源（ホウ素源））が、バルブにより制御されてチャンバー内へ導入される前の圧力を言う。すなわち、バルブを通る前の気化した炭素源（ホウ素源）の圧力である。
本発明の実施形態によれば、電極用基板２０１の少なくとも一方の面に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを蒸着により形成してなるダイヤモンド電極２００であって、電極用基板２０１のダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部２０３が形成されており、溝部２０３が形成された電極用基板２０１に、当該電極用基板２０１の両面を貫通するとともに、溝部２０３の幅ｍを跨いで貫通する穴部２０２が複数形成され、溝部２０３の幅ｍが、穴部２０２の径Ｍよりも小さいので、溝部２０３を形成する互いに対向する壁面２０３ａ，２０３ａ間全てにダイヤモンドが埋め込まれる。これにより、ダイヤモンド膜Ｄの剥離を防止することができる。
また、本発明のダイヤモンド電極２００をオゾン生成用の電極として使用した場合には、電極用基板２０１に形成された複数の穴部２０２の形成により、ダイヤモンド電極２００の表面積が増えて、原料水のダイヤモンド電極２００への接触面積が増えることからオゾン発生効率が上がる。特に、穴部２０２を形成する壁面２０２ａに、溝部２０４を形成することによって、より表面積が増えることからオゾン発生効率に優れたものとなる。なお、オゾン水以外の電解水を生成するための電極として使用した場合も同様に、電解水の生成効率が上がる。また、穴部２０２を形成する壁面２０２ａに形成された溝部２０４内にもダイヤモンドが埋め込まれて、ダイヤモンド膜Ｄの剥離を防止することができる。
さらに、電極用基板２０１の外周面２０１ａにも、溝部２０５を形成することによって、溝部２０５内にダイヤモンドが埋め込まれて、ダイヤモンド膜Ｄの剥離を防止することができる。よって、従来、外周面から剥離したダイヤモンド膜Ｄに引っ張られて、電極用基板２０１の表面に成膜されたダイヤモンド膜Ｄも一緒に剥離するという問題があったが、これを防止することができる。また、電極用基板２０１の外周面のダイヤモンド膜Ｄが剥離した場合に、剥離部分における電極用基板２０１の外周面を切断する作業も行う必要がなくなる。
本発明のダイヤモンド電極２００は、電解水生成装置に適用することができる。電解水生成装置の一例として、オゾン水を生成するオゾン水生成装置、水素水を生成する水素水生成装置、強酸性電解水を生成する装置、アルカリ性電解水を生成する装置、弱酸性電解水を生成する装置、微酸性電解水を生成する装置、電解次亜水を生成する装置、アルカリイオン水を生成する装置等が挙げられる。
以下では、オゾン水生成装置に本発明のダイヤモンド電極２００を適用した場合について説明する。
以下では、オゾン水生成装置に本発明のダイヤモンド電極２００を適用した場合について説明する。
［オゾン水生成装置］
オゾン水生成装置１００は、上述した本発明のダイヤモンド電極２００を備える。
図１０は、オゾン水生成装置の概略を模式的に示した側断面図である。
オゾン水生成装置１００は、原料水が供給されるケーシング１内に触媒電極２を配置して構成したものである。
触媒電極２は、陽イオン交換膜２１と、陽イオン交換膜２１の一方の面に圧接された陽極電極２２と、他方の面に圧接された陰極電極２３と、を備えている。そして、触媒電極２の陽極電極２２と陰極電極２３間に直流電圧を印加することによって陽極電極２２側にオゾン気泡を発生させて、そのオゾン気泡を原料水に溶解させることによりオゾン水を生成する装置であり、本発明は、直接電解式のオゾン水生成装置である。
オゾン水生成装置１００は、上述した本発明のダイヤモンド電極２００を備える。
図１０は、オゾン水生成装置の概略を模式的に示した側断面図である。
オゾン水生成装置１００は、原料水が供給されるケーシング１内に触媒電極２を配置して構成したものである。
触媒電極２は、陽イオン交換膜２１と、陽イオン交換膜２１の一方の面に圧接された陽極電極２２と、他方の面に圧接された陰極電極２３と、を備えている。そして、触媒電極２の陽極電極２２と陰極電極２３間に直流電圧を印加することによって陽極電極２２側にオゾン気泡を発生させて、そのオゾン気泡を原料水に溶解させることによりオゾン水を生成する装置であり、本発明は、直接電解式のオゾン水生成装置である。
ケーシング１は、互いに対向配置された第１筐体１３及び第２筐体１４から構成されている。
第１筐体１３及び第２筐体１４は、板状をなし、互いに対向する対向面に凹部１３１，１４１が形成されている。これら第１筐体１３及び第２筐体１４の凹部１３１，１４１同士を互いに対向させることによって、収容室３が形成されている。収容室３には、触媒電極２が収容されている。
第１筐体１３及び第２筐体１４の下面には、収容室３内に原料水を供給するための供給流路１１a，１１ｂが形成され、第１筐体１３及び第２筐体１４の上面に収容室３内で生成された陽極電極２２側のオゾン水及び陰極電極２３側の水素水（陰極水）を排出するための排出流路１２a，１２ｂが形成されている。
第１筐体１３と第２筐体１４の対向面間には、陽イオン交換膜２１が狭持されている。すなわち、陽イオン交換膜２１の外周が第１筐体１３及び第２筐体１４によって狭持されて固定されている。
陽イオン交換膜２１の第１筐体１３側の面には、陽極電極２２が設けられ、第２筐体１４側の面には陰極電極２３が設けられている。さらに、陽極電極２２の陽イオン交換膜２１と反対側の面には、保持板１５が配置され、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１と反対側の面にも、保持板１６が配置されている。保持板１５は、第１筐体１３の内壁面に嵌め込まれ、保持板１６は、第２筐体１４の内壁面に嵌め込まれている。
そして、第１筐体１３に嵌め込まれた保持板１５と、第２筐体１４に嵌め込まれた保持板１６によって、陽極電極２２、陰極電極２３及び陽イオン交換膜２１が適度に圧接されている。
このようにして陽イオン交換膜２１によって収容室３内が、陽極電極２２側と陰極電極２３側とに分割されている。また、原料水、オゾン水並びに水素水（陰極水）などが、第１筐体１３及び第２筐体１４の対向面間から外部に漏れないように密閉されている。
第１筐体１３及び第２筐体１４は、板状をなし、互いに対向する対向面に凹部１３１，１４１が形成されている。これら第１筐体１３及び第２筐体１４の凹部１３１，１４１同士を互いに対向させることによって、収容室３が形成されている。収容室３には、触媒電極２が収容されている。
第１筐体１３及び第２筐体１４の下面には、収容室３内に原料水を供給するための供給流路１１a，１１ｂが形成され、第１筐体１３及び第２筐体１４の上面に収容室３内で生成された陽極電極２２側のオゾン水及び陰極電極２３側の水素水（陰極水）を排出するための排出流路１２a，１２ｂが形成されている。
第１筐体１３と第２筐体１４の対向面間には、陽イオン交換膜２１が狭持されている。すなわち、陽イオン交換膜２１の外周が第１筐体１３及び第２筐体１４によって狭持されて固定されている。
陽イオン交換膜２１の第１筐体１３側の面には、陽極電極２２が設けられ、第２筐体１４側の面には陰極電極２３が設けられている。さらに、陽極電極２２の陽イオン交換膜２１と反対側の面には、保持板１５が配置され、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１と反対側の面にも、保持板１６が配置されている。保持板１５は、第１筐体１３の内壁面に嵌め込まれ、保持板１６は、第２筐体１４の内壁面に嵌め込まれている。
そして、第１筐体１３に嵌め込まれた保持板１５と、第２筐体１４に嵌め込まれた保持板１６によって、陽極電極２２、陰極電極２３及び陽イオン交換膜２１が適度に圧接されている。
このようにして陽イオン交換膜２１によって収容室３内が、陽極電極２２側と陰極電極２３側とに分割されている。また、原料水、オゾン水並びに水素水（陰極水）などが、第１筐体１３及び第２筐体１４の対向面間から外部に漏れないように密閉されている。
原料水は、供給流路１１ａ，１１ｂから供給され、供給流路１１ａ，１１ｂから排出流路１２ａ，１２ｂへと水流が発生している。そして、供給流路１１ａ，１１ｂから供給された原料水は、収容室３内においてそれぞれ陽極電極２２と陰極電極２３に連続的に接触するようになっている。
次に、触媒電極２について詳細に説明する。
陽イオン交換膜２１としては、従来公知のものを使用することができ、発生するオゾンに耐久性の強いフッ素系陽イオン交換膜を使用することができ、例えば厚さ１００〜３００μｍの範囲内が好ましい。
陽イオン交換膜２１としては、従来公知のものを使用することができ、発生するオゾンに耐久性の強いフッ素系陽イオン交換膜を使用することができ、例えば厚さ１００〜３００μｍの範囲内が好ましい。
陽極電極２２は、上述した本発明のダイヤモンド電極２００を使用することができる。
陰極電極２３も、上述した本発明のダイヤモンド電極２００を使用することが好ましい。なお、陰極電極２３は、上記本発明のダイヤモンド電極以外に、安定性が良い点で、チタン、タングステン、白金、金又はその被覆金属を使用することもでき、特にチタンに白金を被覆した金属を使用すると製造コストを安価に抑えることができる。
陰極電極２３も、上述した本発明のダイヤモンド電極２００を使用することが好ましい。なお、陰極電極２３は、上記本発明のダイヤモンド電極以外に、安定性が良い点で、チタン、タングステン、白金、金又はその被覆金属を使用することもでき、特にチタンに白金を被覆した金属を使用すると製造コストを安価に抑えることができる。
以上の陽イオン交換膜２１、陽極電極２２及び陰極電極２３は、平板状に形成されて触媒電極２とされている。触媒電極２はケーシング１内の保持板１５，１６で圧接保持されている。
また、陽極電極２２と陰極電極２３との間には、電源装置８０の出力端が電気的に連結され、直流電圧が印加されるように構成されている。すなわち、陽極電極２２及び陰極電極２３は、各電極２２，２３に導線２４を介して電源装置８０に連結されている。印加する直流電圧は、例えば６〜１５ボルトの範囲内が好ましい。
また、陽極電極２２と陰極電極２３との間には、電源装置８０の出力端が電気的に連結され、直流電圧が印加されるように構成されている。すなわち、陽極電極２２及び陰極電極２３は、各電極２２，２３に導線２４を介して電源装置８０に連結されている。印加する直流電圧は、例えば６〜１５ボルトの範囲内が好ましい。
なお、陽極電極２２及び陰極電極２３の供給流路１１ａ，１１ｂの上流側は、原料水供給部６０に接続されている。
原料水供給部６０としては、原料水が貯留されたタンク及びタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプ等からなるものが挙げられる。原料水としては、純水を使用する。本発明で言う純水とは、導電率が０．５〜５μＳ／ｃｍの範囲内のものを言う。
原料水供給部６０としては、原料水が貯留されたタンク及びタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプ等からなるものが挙げられる。原料水としては、純水を使用する。本発明で言う純水とは、導電率が０．５〜５μＳ／ｃｍの範囲内のものを言う。
また、図示しないが、陽極電極２２側の供給流路１１ａと排出流路１２ａとを配管で接続してループ状にして循環させても良い。このようにループ状にすることで、オゾン水による配管洗浄を行うことができる。さらに、図示しないが、陰極電極２３側も供給流路１１ｂと排出流路１２ｂとを配管で接続してループ状にして循環させ、原料水を再利用しても良い。
陽極電極２２の排出流路１２ａの下流側には、陽極電極２２側で生成されたオゾン水の濃度を検出する濃度検出センサ５０が設けられている。
なお、上述のように陽極電極２２側の供給流路１１ａと排出流路１２ａとを配管で接続してループ状にした場合は、排出流路１２ａの下流側直ぐの位置に限らず、原料水供給部６０の上流側直ぐの位置に設けても良く、ループ状の配管のいずれに設けても良く、また、複数個所に設けても良い。
なお、上述のように陽極電極２２側の供給流路１１ａと排出流路１２ａとを配管で接続してループ状にした場合は、排出流路１２ａの下流側直ぐの位置に限らず、原料水供給部６０の上流側直ぐの位置に設けても良く、ループ状の配管のいずれに設けても良く、また、複数個所に設けても良い。
濃度検出センサ５０は、オゾン水の濃度を測定することができるものであれば、特に限定しないが、例えば、検出電極（図示しない）と、比較電極（図示しない）と、これら検出電極及び比較電極の一方の端部に結線して電流値を測定する電流計（図示しない）等から構成されたものが挙げられる。この濃度検出センサ５０は、比較電極及び検出電極をオゾン水に浸すことによって発生する起電力からオゾン水のオゾン濃度に対応した電流値を得るガルバニ式の濃度検出センサである。
電流計は、オゾン水生成装置１００の制御部７０に電気的に接続されており、電流計で測定された出力値が制御部７０に出力されるようになっている。
検出電極としては、例えば白金や金等からなる電極を使用し、比較電極としては銀や塩化銀を使用することが好ましい。
このような検出電極及び比較電極は、陽極電極２２の排出流路１２ａを流れるオゾン水に接触するようになっている。そして、検出電極及び比較電極がオゾン水に接触することで、検出電極のオゾン濃度変化による電流値を検出して濃度を測定する。
電流計は、オゾン水生成装置１００の制御部７０に電気的に接続されており、電流計で測定された出力値が制御部７０に出力されるようになっている。
検出電極としては、例えば白金や金等からなる電極を使用し、比較電極としては銀や塩化銀を使用することが好ましい。
このような検出電極及び比較電極は、陽極電極２２の排出流路１２ａを流れるオゾン水に接触するようになっている。そして、検出電極及び比較電極がオゾン水に接触することで、検出電極のオゾン濃度変化による電流値を検出して濃度を測定する。
なお、オゾン濃度を測定する方式として、上述のガルバニ式以外に、例えば、紫外線吸収率からオゾン水濃度を測定する紫外線吸収方式を用いても構わない。
次に、上述の構成からなるオゾン水生成装置１００を使用してオゾン水を生成する方法について説明する。
まず、陽極電極２２及び陰極電極２３側の供給流路１１ａ，１１ｂから原料水（純水）をケーシング１内に供給する。そして、これら原料水を、陽極電極２２及び陰極電極２３の各面に連続接触させる。
同時に、電源装置８０を駆動させることによって、陽極電極２２及び陰極電極２３間に所定の電圧を印加する。この通電により原料水が電気分解されて、原料水中の水素が陽極電極２２側から陽イオン交換膜２１中を通過して陰極電極２３側へと加速して移動する。その結果、陽極電極２２側にはオゾン気泡が発生し、陰極電極２３側には水素気泡が発生する。
まず、陽極電極２２及び陰極電極２３側の供給流路１１ａ，１１ｂから原料水（純水）をケーシング１内に供給する。そして、これら原料水を、陽極電極２２及び陰極電極２３の各面に連続接触させる。
同時に、電源装置８０を駆動させることによって、陽極電極２２及び陰極電極２３間に所定の電圧を印加する。この通電により原料水が電気分解されて、原料水中の水素が陽極電極２２側から陽イオン交換膜２１中を通過して陰極電極２３側へと加速して移動する。その結果、陽極電極２２側にはオゾン気泡が発生し、陰極電極２３側には水素気泡が発生する。
ここで、陽極電極２２側では原料水はわずかな陽極電極２２の凹凸によって流れの方向が複雑に変わり渦流となる。そのため、陽極電極２２側では、発生したオゾン気泡をいち早く水中に取り込んで溶解させることによってオゾン水を生成し、陽極電極２２と陽イオン交換膜２１との間（正確には陽極電極２２と陰極電極２３との間）に電流が多く流れる状態を確保することになる。
このようにしてオゾン水が生成されると、オゾン水は排出流路１２ａへと排出される。 一方、陰極電極２３側においては、水素気泡が発生し、排出流路１２ｂから水素水（陰極水）として排出される。
このようにしてオゾン水が生成されると、オゾン水は排出流路１２ａへと排出される。 一方、陰極電極２３側においては、水素気泡が発生し、排出流路１２ｂから水素水（陰極水）として排出される。
また、通電中に、濃度検出センサ５０によってオゾン濃度が測定される。そして、測定されたオゾン水の濃度が制御部７０に出力され、制御部７０は、出力された測定濃度が、予め設定された濃度となるように、電源装置８０の出力調整を行うことによって、陽極３２及び陰極３３間の印加電圧が制御される。このようにして、生成されたオゾン水の濃度が設定濃度に維持され、濃度低下を防止し、高濃度のオゾン水を安定して生成することができる。
オゾン水生成装置１００は、例えば、オゾン水で手洗いが可能な手洗い装置等に用いることができる。
また、本発明の電解水生成装置の一例として、オゾン水生成装置１００を説明したが、下記のような各電解水（機能水）を生成する装置に適用しても構わない。なお、下記に示す各電解水は、電解水のｐＨ、電解水を生成するための電解層（２室型（隔膜有）、一室型（無隔膜））、生成される生成極及び被電解液の種類によって分類されている。
（１）強酸性電解水：ｐＨ２．２〜２．７、二室型で生成極は陽極、被電解液が０．２％未満の食塩水
（２）アルカリ性電解水：ｐＨ１１〜１１．５、二室型で生成極は陰極、被電解液が０．２％未満の食塩水
（３）弱酸性電解水：ｐＨ２．７〜５、二室型、被電解液が０．１％未満の食塩水
（４）微酸性電解水：ｐＨ５〜６．５、一室型、被電解液が２〜６％の希塩酸または塩酸／食塩水
（５）電解次亜水：ｐＨ７．５より大きい、一室型、被電解液が０．１％未満の食塩水
（６）アルカリイオン水：ｐＨ８〜１０、二室型で生成極は陰極、被電解液が水道水
したがって、上記の各電解水を生成する装置に、本発明のダイヤモンド電極２００を使用する場合には、基本的に上述したオゾン水生成装置１００において使用した原料水の代わりに上記の各被電解液を用い、一室型の場合にはイオン交換膜を設けない構成で、二室型の場合には上述したオゾン水生成装置１００と同様の構成とすればよい。
なお、特にダイヤモンド電極２００としては、電極用基板２０１の両面にホウ素をドープしたダイヤモンドを成膜したものであることが好ましい。
また、電解水生成装置の一例として、水素水を生成する装置は、上述したオゾン水生成装置１００と同様のものが挙げられる。すなわち、上記オゾン水生成装置１００における陰極側から水素水が生成される。
（１）強酸性電解水：ｐＨ２．２〜２．７、二室型で生成極は陽極、被電解液が０．２％未満の食塩水
（２）アルカリ性電解水：ｐＨ１１〜１１．５、二室型で生成極は陰極、被電解液が０．２％未満の食塩水
（３）弱酸性電解水：ｐＨ２．７〜５、二室型、被電解液が０．１％未満の食塩水
（４）微酸性電解水：ｐＨ５〜６．５、一室型、被電解液が２〜６％の希塩酸または塩酸／食塩水
（５）電解次亜水：ｐＨ７．５より大きい、一室型、被電解液が０．１％未満の食塩水
（６）アルカリイオン水：ｐＨ８〜１０、二室型で生成極は陰極、被電解液が水道水
したがって、上記の各電解水を生成する装置に、本発明のダイヤモンド電極２００を使用する場合には、基本的に上述したオゾン水生成装置１００において使用した原料水の代わりに上記の各被電解液を用い、一室型の場合にはイオン交換膜を設けない構成で、二室型の場合には上述したオゾン水生成装置１００と同様の構成とすればよい。
なお、特にダイヤモンド電極２００としては、電極用基板２０１の両面にホウ素をドープしたダイヤモンドを成膜したものであることが好ましい。
また、電解水生成装置の一例として、水素水を生成する装置は、上述したオゾン水生成装置１００と同様のものが挙げられる。すなわち、上記オゾン水生成装置１００における陰極側から水素水が生成される。
２ 触媒電極
２１ 陽イオン交換膜
２２ 陽極電極
２３ 陰極電極
１００ オゾン水生成装置
２００ ダイヤモンド電極
２０１ 電極用基板
２０１ａ 電極用基板の外周面
２０２ 穴部
２０２ａ 穴部を形成する壁面
２０３ 溝部
２０３ａ 溝部を形成する壁面
２０４ 溝部
２０５ 溝部
Ｄ ダイヤモンド膜
ｍ 溝部の幅
Ｍ 穴部の径
Ｐ１ 電極用基板のダイヤモンドが蒸着される面に形成された溝部のピッチ間隔
Ｐ２ 穴部のピッチ間隔
Ｐ３ 穴部を形成する壁面に形成された溝部のピッチ間隔
Ｐ４ 電極用基板の外周面に形成された溝部のピッチ間隔
２１ 陽イオン交換膜
２２ 陽極電極
２３ 陰極電極
１００ オゾン水生成装置
２００ ダイヤモンド電極
２０１ 電極用基板
２０１ａ 電極用基板の外周面
２０２ 穴部
２０２ａ 穴部を形成する壁面
２０３ 溝部
２０３ａ 溝部を形成する壁面
２０４ 溝部
２０５ 溝部
Ｄ ダイヤモンド膜
ｍ 溝部の幅
Ｍ 穴部の径
Ｐ１ 電極用基板のダイヤモンドが蒸着される面に形成された溝部のピッチ間隔
Ｐ２ 穴部のピッチ間隔
Ｐ３ 穴部を形成する壁面に形成された溝部のピッチ間隔
Ｐ４ 電極用基板の外周面に形成された溝部のピッチ間隔
Claims (5)
- 電極用基板の少なくとも一方の面に、ホウ素をドープしたダイヤモンドを蒸着により形成してなるダイヤモンド電極であって、
前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に、全面にわたり多数の線状の溝部が形成されており、
前記溝部が形成された前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部が複数形成され、
前記溝部の幅が、前記穴部の径よりも小さく、かつ、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部、若しくは、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向に沿って、螺旋状の溝部が形成され、
さらに、前記電極用基板の外周面に、当該外周面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部が形成されていることを特徴とするダイヤモンド電極。 - 前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に形成された前記溝部の幅が、０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド電極。
- 前記電極用基板の前記ダイヤモンドが蒸着される面に形成された、互いに隣接する前記溝部のピッチ間隔が、０．０２〜５０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイヤモンド電極。
- 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のダイヤモンド電極の製造方法であって、
前記電極用基板の前記ダイヤモンドを蒸着する面に、全面にわたり多数の線状の溝部を形成し、
前記溝部を形成した前記電極用基板に、当該電極用基板の両面を貫通するとともに、前記溝部の幅を跨いで貫通する穴部を複数形成し、
前記溝部の幅を、前記穴部の径よりも小さくし、かつ、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部、若しくは、
前記電極用基板の前記穴部を形成する壁面に、当該壁面の周方向に沿って、螺旋状の溝部を形成し、
さらに、前記電極用基板の外周面に、当該外周面の周方向又は前記電極用基板の厚さ方向のうち少なくともいずれか一方に沿って、多数の線状の溝部を形成することを特徴とするダイヤモンド電極の製造方法。 - 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のダイヤモンド電極を備えたことを特徴とする電解水生成装置。
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|---|---|---|---|---|
| JP2007044630A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Central Japan Railway Co | オゾン水生成方法及びオゾン水生成装置 |
| JP2011117052A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Chlorine Engineers Corp Ltd | オゾン生成装置 |
| JP2012144779A (ja) * | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Kobe Steel Ltd | 電解用電極の製造方法 |
| JP2013166986A (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-29 | Nikka Micron Kk | オゾン水生成装置 |
-
2016
- 2016-12-12 JP JP2016240018A patent/JP6220957B1/ja active Active
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