JPH10245205A

JPH10245205A - オゾン発生装置用放電セル

Info

Publication number: JPH10245205A
Application number: JP6908397A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Orishima; 寛折島
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】オゾン発生装置用放電セルにおいて、高圧電
極と接地電極の間を絶縁する。両電極の冷却水を介した
電気的な短絡を回避する。【解決手段】高圧電極において、誘電体１３の裏面に
導電性の薄膜１４をコーティングする。その誘電体１３
を、絶縁板１２の外縁部を除く部分の表面に接着する。
絶縁板１２を挟んでヒートシンク１１と接地電極側のヒ
ートシンク２１を重ね合わせる。絶縁板１２により、薄
膜１４とヒートシンク１１の間、及びヒートシンク１
１，２１間が絶縁される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン発生装置に
使用される放電セルに関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾン発生装置として、板型の放電セル
を板厚方向に複数積層したものが知られている。ここに
おける板型の放電セルは、所定の隙間をあけて対向配置
された高圧電極及び接地電極を備えており、両電極間に
無声放電を発生させるべく高電圧を印加した状態で、こ
の間に酸素等の原料ガスを流通させることにより、原料
ガス中の酸素をオゾン化しオゾンガスを生成する。

【０００３】板型の放電セルに使用される高圧電極及び
接地電極は、通常は少なくとも一方が、放電空隙に接す
る側を表面として、その表面側から裏面側へ誘電体、電
極板及びヒートシンクを順に配列した積層構造になって
いる。

【０００４】ここにおける誘電体としては、誘電率が大
きいセラミックを電極板の表面にコーティングした、電
極板と一体型のものを、ヒートシンクの表面上に重ねて
使用することが多い。

【０００５】ところで、オゾン発生装置は種々の化学処
理に使用される一方で、半導体の製造に使用され始め
た。半導体の製造では、オゾンは酸化膜の形成、レジス
トのアッシング、シリコンウエーハの洗浄等に使用され
る。これらに使用されるオゾン発生装置の場合、コンタ
ミネーション（金属不純物＋パーティクル）の極めて少
ない純粋なオゾンガスを発生させる必要がある。このた
めに放電セル及び配管類の接ガス部材には、高純度・高
耐食性の材料を使用する必要が生じてきた。

【０００６】特に、放電セルの放電部では、スパッタリ
ングによるコンタミネーションの発生を防ぐ観点から、
電極板の表面にセラミックをコーティングした一体型の
誘電体から、高純度で耐プラズマ性のよいセラミック板
やサファイア等の単結晶板からなる単板型の誘電体へ切
り換える必要が生じてきた。

【０００７】誘電体としてセラミック板やサファイア等
の単結晶板を使用する場合、高圧電極及び接地電極とし
ては、図７に示すように、板状の誘電体１の裏面に導電
性の薄膜２をコーティングし、これを、通電部材を兼ね
るヒートシンク３の表面に接着剤４により接合した構造
のものが使用される。接着剤４としては、接着強度と使
いやすさの点からエポキシ樹脂常温接着剤か熱硬化型接
着剤が使用される。そして、絶縁性のスペーサ５を介し
て両電極を複数本のタイロッドにより締め付けることに
より、両電極間に放電空隙６が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな高圧電極及び接地電極を使用するオゾン発生装置用
放電セルには次のような問題がある。

【０００９】高圧電極と接地電極の間に３０００Ｖ程度
の高電圧が印加されるので、この間を電気的に絶縁する
ことは、この種の放電セルでは不可欠の技術であり、こ
のために、直接的には高圧電極と接地電極の間に絶縁性
のスペーサ５が介装される。しかし、このような直接的
な対策を講じても、それぞれのヒートシンク３，３を冷
却する冷却水を介した間接的な短絡が問題になる。

【００１０】即ち、ヒートシンク３は、熱伝導性の良好
なアルミ合金からなり、且つ内部を流通する冷却水によ
り強制的に冷却される。また、導電性の薄膜２から導線
を引き出すことができないため、この薄膜２をヒートシ
ンク３の表面に電気的に接続することにより、ヒートシ
ンク３は導電部材としても利用される。その結果、高圧
電極側のヒートシンク３を流通する冷却水と、接地電極
側のヒートシンク３を流通する冷却水との間に、電極間
の印加電圧に相当する高い電位差が生じる。

【００１１】このような状況下で、冷却水に工業用水を
使用すると、冷却水のイオン化により、高圧電極と接地
電極が冷却水を介して電気的に短絡する。これを回避す
るために、通常は冷却水として絶縁性のある超純水が使
用され、一部ではフロンのような絶縁性の液体を使用す
ることも考えられいているが、いずれの対策もオゾン発
生装置のランニングコストを高める原因になる。

【００１２】本発明の目的は、高圧電極側及び接地電極
側のヒートシンクを導電性のある冷媒液で強制冷却する
場合にも、その冷媒液を介した電気的な短絡を回避する
ことができ、これにより、オゾン発生装置のランニング
コストの低減を可能にするオゾン発生装置用放電セルを
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のオゾン発生装置
用放電セルは、オゾン発生用放電空隙を形成するべく所
定の隙間をあけて対向する高圧電極及び接地電極を備
え、高圧電極は、表面が放電空隙に対向し裏面に導電性
の薄膜がコーティングされた板状の誘電体と、誘電体の
裏面側に配置された絶縁板と、絶縁板に形成された貫通
孔を通して薄膜から絶縁板の背面側へ引き出された導線
とを具備することを特徴とする。

【００１４】本発明のオゾン発生装置用放電セルでは、
高圧電極の構造が重要である。この高圧電極では、誘電
体の裏面に導電性の薄膜がコーティングされ、その裏面
側に絶縁板が配置されるので、絶縁板の裏面側にヒート
シンクが存在する場合にも、そのヒートシンクが薄膜か
ら電気的に絶縁される。このため、ヒートシンク及びこ
れを流通する冷媒液が接地電極側と同電位になるので、
冷媒液として導電性のある工業用水等を使用する場合に
も、その冷媒液を介した短絡が回避される。

【００１５】また、誘電体の裏面側に絶縁板を配置する
と、ヒートシンクは通電部材を兼ねることができなくな
るが、絶縁板及びヒートシンクに形成された貫通孔を通
して、薄膜からヒートシンクの背面側へ導線を引き出す
ことにより、その薄膜に高電圧を直接印加することがで
きるので、絶縁板による電圧降下は生じない。

【００１６】なお、絶縁板は、表面が高電圧の薄膜と接
し、裏面がヒートシンクやその冷却媒体を介して接地さ
れるため、高圧電源−薄膜−誘電体−放電空隙−接地電
極という放電回路に対してキャパシタンスを並列に挿入
することになる。このため、絶縁板の板厚が誘電体の板
厚に対して薄いと、絶縁板を介した電流が生じ、電源効
率を低下させる危険がある。この危険性を排除するため
に、絶縁板の板厚は誘電体の板厚の３倍以上とすること
が望まれる。また、誘電体からヒートシンクへの熱伝達
を阻害することが懸念されるが、これに対しては、絶縁
板の材質に電気絶縁性、耐熱性と共に熱伝導性の高いセ
ラミックを使用すればよく、なかでもアルミナ、窒化ア
ルミが特に好ましい。

【００１７】この絶縁板は、従来のスペーサに代わる高
圧電極と接地電極の間の直接的な電気絶縁部材として利
用することができる。即ち、絶縁板の外縁部を高圧電極
と接地電極の間にこの間の絶縁部材として介在させる。
このとき、誘電体を、絶縁板の外縁部を除く部分の表面
に接着し、且つ接地電極側のヒートシンクの表面に形成
された凹部に収容するのが好ましい。これらにより、従
来のスペーサが不要になるので、絶縁板を使用すること
による部品点数の増大が回避される。また、高圧電極と
接地電極の締め付けに伴う誘電体の割れが防止される。

【００１８】誘電体を絶縁板に接着する手段としては、
接着媒体からのコンタミネーションの発生を抑えるため
に、その接着媒体としてフッ素樹脂系、とりわけテフロ
ン（商品名）と呼ばれる、炭素原子の周囲がフッ素原子
で囲まれた分子構造をもつフッ素樹脂系を用いる熱溶着
が好ましく、そのフッ素樹脂系のなかでも溶融時の流動
性が良いＰＦＡ及びＦＥＰが特に好ましい。この場合、
導電性の薄膜は、誘電体の外縁部を除く部分の裏面にコ
ーティングすることが好ましい。こうすることにより、
薄膜の周囲がフッ素樹脂系の接着媒体により封止され、
薄膜からのコンタミネーションの発生が防止される。

【００１９】本発明の放電セルは板型に限らず筒型にも
適用可能である。また、絶縁板は熱伝達性が良いので、
その裏面側に配置されるヒートシンクを省略することが
可能であり、その場合も冷媒液を介した短絡は回避され
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１〜図６は本発明の一実施形態を
示す。

【００２１】本実施形態のオゾン発生装置放電セルは、
図１及び図２に示すように、放電用電極として板型の高
圧電極１０ａ、接地電極２０及び高圧電極１０ｂを備え
ている。これらの放電用電極は、板厚方向に積層され、
外縁部に配置された複数本のタイロッド４０，４０・・
・により締め付けられている。そして、上側の高圧電極
１０ａと下側の高圧電極１０ｂに挟まれた接地電極２０
は、上側の高圧電極１０ａとの間に放電空隙３０ａを形
成し、下側の高圧電極１０ｂとの間に放電空隙３０ｂを
形成する。

【００２２】即ち、このオゾン発生装置放電セルは、上
側の高圧電極１０ａと接地電極２０とにより構成される
上段セルと、接地電極２０と下側の高圧電極１０ｂとに
より構成される下段セルを一体的に重ね合わせた２段構
造になっている。

【００２３】以下、上段セルについて説明するが、下段
セルも上下対称なことを除けば上段セルと同じ構成であ
る。上段セルを説明する場合、高圧電極１０ａでは表面
が下面となり、接地電極２０では表面が上面となる。

【００２４】高圧電極１０ａは、厚板状のヒートシンク
１１と、その下側に配置された絶縁板１２と、絶縁板１
２の下面に接着された誘電体１３とを有する。誘電体１
３の上面には、外縁部を除いて導電性の薄膜１４がコー
ティングされている。また、薄膜１４の上面には、高圧
電圧を印加するための導線１５が電気的に接続されてい
る。

【００２５】ヒートシンク１１はアルミ合金等の厚板か
らなり、内部に供給される冷却水により強制的に冷却さ
れる。絶縁板１２は例えば板厚が４ｍｍのアルミナ薄板
からなり、ヒートシンク１１と薄膜１４の間の絶縁を行
い、且つ高圧電極１０ａと接地電極２０の間の絶縁を行
うために、ヒートシンク１１とほぼ同じ広さである。絶
縁板１２の下面に接着された誘電体１３は、絶縁板１２
より更に薄い例えば０．６ｍｍ厚のセラミック板或いは
サファイア等の単結晶板からなり、高圧電極１０ａと接
地電極２０の締め付け部より内側に位置するように、絶
縁板１２より狭くなっている。誘電体１３の上面にコー
ティングされる薄膜１４は銀を主成分とする銀メタライ
ズ等からなる。薄膜１４のコーティング範囲が誘電体１
３より狭いことは前述した通りである。

【００２６】誘電体１３の接着は、後述する接地電極２
０での誘電体２３の接着と同様に、フッ素樹脂系の接着
媒体を用いた熱溶着により絶縁板１２の下面に接着さ
れ、誘電体１３の外縁部を除く上面に形成された導電性
の薄膜１４を接着媒体により周囲から封止する構造にな
っている。絶縁板１２はヒートシンクと異なり熱膨張率
が誘電体１３に近い。また、薄膜１４と絶縁板１２の間
に導電性は不要である。これらのため、接地電極２０で
の誘電体２３の接着に使用されるような導電性のスペー
サは不要である。

【００２７】導線１５は、図３に示すように、薄膜１４
の上面にハンダ付けされ、ヒートシンク１１及び絶縁板
１２に設けられた貫通孔を通してヒートシンク１１の上
方へ引き出されている。貫通孔には、ヒートシンク１１
と導線１５の間の電気的な短絡を防止するために、絶縁
スリーブ１６が挿入されている。なお、図中の１９，２
９はヒートシンク１１，２１にそれぞれ形成された冷却
水の通路である。

【００２８】一方、接地電極２０は、ヒートシンク１１
に対応するヒートシンク２１を有する。ヒートシンク２
１はヒートシンク１１と同様、アルミ合金等の厚板から
なり、内部に供給される冷却水により強制的に冷却され
る。ヒートシンク２１の上面は、外縁部を除く部分が下
方へ凹んでいる。凹部２２の底面には、誘電体１３に対
応する誘電体２３が接着されている。凹部２２の深さ
は、放電空隙３０ａを挟んで対向する誘電体１３，２３
を収容し得るように設定されている。

【００２９】誘電体２３は、誘電体１３と同様にセラミ
ック或いはサファイア等の極薄板からなる。誘電体２３
の下面には、図４及び図５に示すように、薄膜１４に対
応するより銀メタライズ等からなる導電性の薄膜２４
が、外縁部を除いてコーティングされている。そして、
この誘電体２３は、凹部２２の底面と薄膜２４の間に複
数の導電性のスペーサ２５，２５・・・を介在させた状
態で、フッ素樹脂系の接着媒体２６により凹部２２の底
面に熱溶着されている。

【００３０】これにより接着媒体２６は、誘電体２３と
ヒートシンク２１の間の、薄膜２４の外縁側に位置する
部分、及び薄膜２４とヒートシンク２１の間のスペーサ
２５，２５・・・を除く部分にそれぞれ介在して、誘電
体２３をヒートシンク２１の上面に機械的に接着固定す
る。また、各スペーサ２５はアルミニウムの薄板等から
なり、薄膜２４とヒートシンク２１の間の電気的な導通
を確保する。

【００３１】ここで、接地電極２０の製造方法につい
て、図６を参照して説明する。

【００３２】誘電体２３の一方の表面に銀メタライズ等
により導電性の薄膜２４をコーティングする。ヒートシ
ンク２１の上に、接着媒体２６となるフッ素系の樹脂シ
ート２６′及びスペーサ２５，２５・・・を載せる。樹
脂シート２６′はスペーサ２５，２５・・・に対応する
部分が抜き孔になっており、スペーサ２５，２５・・・
はこの抜き孔に嵌合する。樹脂シート２６′の厚みはス
ペーサ２５，２５・・・の厚みより大きく、例えばスペ
ーサ２５，２５・・・の厚みが０．０５ｍｍで樹脂シー
ト２６′がＰＦＡシートの場合、そのシート厚は０．１
ｍｍ以上が好適である。

【００３３】薄膜２４を下にして誘電体２３を樹脂シー
ト２６′の上に載せ、その上に図示されないプレッシャ
ープレートを載せる。積層方向に加圧を行った状態で、
樹脂シート２６′の溶融点以上の温度に積層物を加熱す
る。

【００３４】これにより、ヒートシンク２１の上面に誘
電体２３が熱溶着される。具体的には、図４に示すよう
に、誘電体２３の、薄膜２４の外縁側に位置する部分
が、接着媒体２６によりヒートシンク２１の上面に接着
される。また薄膜２４の、スペーサ２５，２５・・・を
除く部分が、接着媒体２６によりヒートシンク２１の上
面に接着される。そして、薄膜２４はスペーサ２５，２
５・・・を介してヒートシンク２１に電気的に接続され
る。

【００３５】接地電極２０が製造されると、図１及び図
２に示すように、接地電極２０のヒートシンク２１上
に、下面に誘電体１３が接着された絶縁板１２を載せ、
更にその上にヒートシンク１１を載せ、ヒートシンク１
１，２１の外縁部間に絶縁板１２の外縁部を挟んだ状態
で、積層体の外縁部をタイロッド４０，４０・・・によ
り積層方向に締め付ける。

【００３６】誘電体１３，２３は、ヒートシンク２１の
上面に形成された凹部２２内に、放電空隙３０ａを挟ん
で対向した状態で収容される。凹部２２内は、絶縁板１
２とヒートシンク２１の間に介在する環状のシールリン
グ７０により周囲がシールされる。凹部２２内は又、ヒ
ートシンク２１に設けられたガス孔２７，２７を介して
ガス管５０，６０に接続される。

【００３７】以上、上段セルの構成について説明した
が、これと上下対称な下段セルが、接地電極２０と下側
の高圧電極１０ｂにより構成される。そして、この２段
構造のオゾン発生装置用放電セルは次のようにして使用
される。

【００３８】ヒートシンク１１，２１，１１に冷却水を
流通させた状態で、高圧電極１０ａ，１０ｂの導電性の
薄膜１４，１４に導線１５，１５を介して所定の高電圧
（例えば３０００Ｖ）を印加することにより、誘電体１
３，２３間及び誘電体２３，１３間に形成された放電空
隙３０ａ，３０ｂに無声放電を発生させる。この状態
で、ガス管５０からガス孔２７を介して凹部２２，２２
内に原料ガスとして高純度の酸素ガスを導入する。

【００３９】導入された酸素ガスは放電空隙３０ａ，３
０ｂを通過する過程で無声放電に曝されてオゾン化す
る。これにより、オゾンガスがガス孔２７を介してガス
管６０からセル外に導出される。

【００４０】このようなオゾン発生装置用放電セルの従
来セルに対する優位性は以下の通りである。

【００４１】高圧電極１０ａ，１０ｂでは、薄膜１４と
ヒートシンク１１の間に絶縁板１２が介在している。こ
のため、ヒートシンク１１に流通する冷却水が、高電圧
が印加される薄膜１４から電気的に絶縁され、この冷却
水と、接地電極２０の側のヒートシンク２１に流通する
冷却水との間に電位差が生じない。このため、冷却水と
して通常の工業用水等の使用が可能になる。

【００４２】この絶縁板１２は、ヒートシンク１１，２
１の間に介在し、この間の絶縁部材を兼ねているので、
この間の絶縁部材が不要になる。ヒートシンク２１の表
面に、誘電体１３，２３を収容する凹部２２が形成され
ているので、ヒートシンク１１，２１間のスペーサが不
要になる。絶縁板１２がヒートシンク１１，２１間に保
持されているので、絶縁板１２をヒートシンク１１に接
着する必要がない。これらにより、部品点数及び製作工
数の増大が回避される。

【００４３】誘電体１３，２３が凹部２２内に収容さ
れ、ヒートシンク１１，２１の締め付け部に介在しない
ので、この締め付けを強く行っても誘電体１３，２３が
割れる危険がない。そして、この強い締め付けにより、
凹部２２内の十分なシール性が確保される。

【００４４】誘電体１３，２３が凹部２２内に収容され
ていることに伴い、発生したオゾンが誘電体１３，２３
の側端面に接触する。しかし、その裏面にコーティング
された導電性の薄膜１４，２４は、フッ素樹脂系の接着
媒体２６により周囲がシールさているので、これらの側
端面にはオゾンは接触しない。従って、薄膜１４，２４
からのコンタミネーションの発生が防止される。また、
オゾンとの接触による接着媒体２６からのコンタミネー
ションの発生もない。従って、これらによるオゾンガス
の純度低下が防止される。この効果は、接着媒体２６が
ＰＦＡの場合に特に大きい。

【００４５】接地電極２０では、熱膨張率の大きいヒー
トシンク２１の表面に、熱膨張率の小さい誘電体２３が
接着されているが、フッ素樹脂系の接着媒体２６は柔軟
性をもち、しかもスペーサ２５，２５・・・により十分
な厚みが確保され、且つその厚みのバラツキが減少する
ので、両者の熱膨張率の差を効果的に吸収する。そのた
め、ヒートシンク２１の表面に誘電体２３が接着される
にもかかわらず、熱膨張率の差による誘電体２３の剥離
や割れが発生しない。

【００４６】誘電体２３は、誘電体２３の裏面にコーテ
ィングされた薄膜２４の外縁側に位置する部分だけでな
く、薄膜２４とヒートシンク２１の間のスペーサ２５，
２５・・・を除く部分でも、ヒートシンク２１に接着さ
れている。また、その接着媒体２６として、耐オゾン性
の高いフッ素樹脂系が使用されている。これらのため、
誘電体２３の接着耐久性に優れる。

【００４７】薄膜２４とヒートシンク２１の間にスペー
サ２５，２５・・・が介在しているので、この間を十分
な厚みのフッ素樹脂系の接着媒体２６により接着するに
もかかわらず、両者の間に十分な電気伝導性が付与され
る。

【００４８】このような優位性のため、本実施形態のオ
ゾン発生装置用放電セルは、従来セルよりもコンタミネ
ーションの発生が少なく、クリーンである。そのため、
高い純度のオゾンガスが要求される半導体製造用のオゾ
ン発生装置に特に適する。その上、このオゾン発生装置
用放電セルは耐久性にも優れ、なおかつ経済性にも優れ
る。

【００４９】なお、本実施形態のオゾン発生装置用放電
セルは、上段セルと下段セルを一体的に重ね合わせた２
段構造になっているが、１段構造の放電セルであっても
よいことは言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のオゾン発生装置用放電セルは、高圧電極において誘電
体の裏面にコーティングされた導電性の薄膜を、絶縁板
により裏面側の部材と電気的に絶縁するので、その裏面
側にヒートシンクを配置する場合にも、そのヒートシン
クを薄膜から電気的に絶縁することができる。そのた
め、高圧電極側及び接地電極側のヒートシンクを導電性
のある工業用水により冷却するする場合にも、その冷却
水を介した電気的な短絡を回避することができる。従っ
て、その工業用水の使用により、オゾン発生装置のラン
ニングコストの低減が可能になる。

【００５１】また、絶縁板を、従来のスペーサに代わる
高圧電極と接地電極の間の直接的な電気絶縁部材として
利用することができるので、絶縁板を使用することによ
る部品点数の増大を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すオゾン発生装置用放電
セルの縦断面図である。

【図２】図１のＡ部拡大図である。

【図３】図１のＢ部拡大図である。

【図４】本発明の実施形態の主要構成を示す接地電極の
模式縦断面図である。

【図５】同接地電極の模式平面図である。

【図６】同接地電極の製造方法を説明するための模式斜
視図である。

【図７】従来の放電セルの模式縦断面図である。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ高圧電極１１ヒートシンク１２絶縁板１３誘電体１４薄膜１５導線１６絶縁スリーブ２０接地電極２１ヒートシンク２２凹部２３誘電体２４薄膜２５スペーサ２６接着媒体２６′ 接着媒体となる樹脂シート３０ａ，３０ｂ放電空隙４０タイロッド５０，６０ガス管７０シールリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オゾン発生用放電空隙を形成するべく所
定の隙間をあけて対向する高圧電極及び接地電極を備
え、高圧電極は、表面が放電空隙に対向し裏面に導電性
の薄膜がコーティングされた板状の誘電体と、誘電体の
裏面側に配置された絶縁板と、絶縁板に形成された貫通
孔を通して薄膜から絶縁板の背面側へ引き出された導線
とを具備することを特徴とするオゾン発生装置用放電セ
ル。
【請求項２】前記絶縁板の裏面側にヒートシンクが配
置され、ヒートシンクに形成された貫通孔を通して、前
記導線がヒートシンクの背面側へ引き出されていること
を特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置用放電セ
ル。
【請求項３】前記絶縁板は、その外縁部が高圧電極と
接地電極の間に介在し、この間の絶縁部材として使用さ
れていることことを特徴とする請求項１又は２に記載の
オゾン発生装置用放電セル。
【請求項４】前記誘電体は、フッ素樹脂による熱溶着
により絶縁板の表面に接着されていることを特徴とする
請求項１、２又は３に記載のオゾン発生装置用放電セ
ル。