WO2004016549A1 - 酸素負イオンの発生方法及び酸素負イオンの発生装置 - Google Patents

酸素負イオンの発生方法及び酸素負イオンの発生装置 Download PDF

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WO2004016549A1
WO2004016549A1 PCT/JP2003/010222 JP0310222W WO2004016549A1 WO 2004016549 A1 WO2004016549 A1 WO 2004016549A1 JP 0310222 W JP0310222 W JP 0310222W WO 2004016549 A1 WO2004016549 A1 WO 2004016549A1
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alumina cement
gas
cylindrical
container
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PCT/JP2003/010222
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定方 正毅
細野 秀雄
西岡 将輝
林 克郎
平野 正浩
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科学技術振興事業団
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    • C01B13/02Preparation of oxygen
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Definitions

  • the present invention relates to an oxygen-ion generating method and an oxygen-ion generating apparatus.
  • Negative oxygen ions atoms, 0, 0 2 - 0 2 - is represented by the chemical formula such as, in particular ⁇ first ion is highly active species, for example, can be used for the oxidation reaction in the gas.
  • Applications of ⁇ -ions include the synthesis of new substances and the application to reforming. The conversion of methane (CH 4 ) to methanol (CH 3 OH) by low-temperature oxidation and the contaminant N ⁇ Harmless treatment by oxidation of x and SO x .
  • Examples of the application of ⁇ ions to various processing methods in the manufacture of semiconductor devices and liquid crystal display devices include ion implantation, CVD, etching, and the manufacture of silicon oxide films for semiconductors. Further, applications to food processing include antifungal treatment of fruits such as strawberries, and preservation of freshness of seafood such as tuna.
  • the first conventional method for producing oxygen negative ions is to generate ozone by discharging in oxygen gas, and irradiate the generated ozone with ultraviolet light, so that low-energy electrons are attached to oxygen.
  • a method for generating ions is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-237733.
  • the solid conductive Kaishitsu material is stabilized Jirukoyua YSZ ((Y 2 0 3) , .. 2 (Z r 0 2) 0. 8) is used.
  • Jirukoyua YSZ ((Y 2 0 3) , .. 2 (Z r 0 2) 0. 8) is used.
  • the generation of ⁇ - ions was confirmed, and it was observed that 50% of electrons were generated simultaneously with the generated ⁇ - ions.
  • the configuration of the device is simplified as compared with the first conventional example and the second conventional example.
  • the amount of generated 0-ions is as small as about InA / cm 2 .
  • electron emission of about 50% of the ⁇ -ion occurs at the same time, there is a problem in that the application of ⁇ ⁇ ⁇ -ion to various processing devices is not uniform in the 0-ion. Disclosure of the invention
  • an object of the present invention is to provide a novel oxygen-ion generation method and oxygen-ion ion capable of continuously obtaining oxygen negative ions from alumina cement without requiring a high vacuum device or discharge energy. It is to provide a generator.
  • the present invention provides a method for applying a voltage between an oxygen supply electrode part provided in a part of alumina cement and supplied with oxygen and a collecting electrode part separated from the alumina cement. And generating oxygen negative ions from the alumina cement by heating the alumina cement and applying a higher voltage to the collection electrode than the oxygen supply electrode of the alumina cement. Applying, and supplying oxygen gas or a gas containing at least oxygen gas to the oxygen supply electrode portion of the alumina cement, wherein oxygen negative ions are generated from the alumina cement.
  • alumina cement has a composition of 12Ca_ ⁇ one 7A1 2 ⁇ 3, the unit cell, [Ca A and 8 0 "] 4+ ⁇ ⁇ 4 - (where, X is any atom or molecule It is only necessary to have the structure of).
  • the alumina cement [C a 24 A 1 28 0 64] 4+ ⁇ 2 O 2 -, CC a 24 A 1 28 0 64 ] 4+ ⁇ 4 Cr, [C a 24 A 1 28 ⁇ 64] 4 + - 4_Rei 2 one, [Ca 24 Al 28 0 64] 4+-4H-, [Ca 24 Al 28 ⁇ 64] 4+ ⁇ 4H 2 -, [C a 24 A 1 28 0 64] 4+, 2 H 2 one, [C a 24 A 1 28 ⁇ 64] 4+, 4_Rei_H-, [C a 24 A 1 28 0 "] 4+ - 4 C 1 one, [C a 24 A 1 28 ⁇ 64]
  • Alumina cement having a unit cell of any one of 4+ and 4 F— or an alumina cement composed of a mixture of these unit cells is suitable.
  • the alumina cement is preferably heated to 65 Ot or more.
  • the electric field intensity obtained by dividing the voltage applied to the collecting electrode section and the oxygen supply electrode section of alumina cement by the distance between the collecting electrode section and the oxygen negative ion generating section of alumina cement was 10 OV / cm or more. do it.
  • ionic conduction of oxygen negative ions contained in the alumina cement is caused by heating the alumina cement. Then, a voltage higher than that of the oxygen supply electrode of the alumina cement is applied to the collecting electrode portion, which is spaced apart from the oxygen negative ion generating portion of the alumina cement, to extract oxygen ions from the alumina cement to the outside.
  • a voltage higher than that of the oxygen supply electrode of the alumina cement is applied to the collecting electrode portion, which is spaced apart from the oxygen negative ion generating portion of the alumina cement, to extract oxygen ions from the alumina cement to the outside.
  • oxygen negative ions can be supplied to the alumina cement, and oxygen negative ions can be efficiently generated.
  • the oxygen negative ion generator of the present invention is an oxygen negative ion generator configured to generate oxygen negative ions from alumina cement, and the container and at least a part thereof are provided in the container.
  • Alumina cement disposed as an oxygen negative ion generating section, a heater for heating the alumina cement, an oxygen supply electrode section formed in a part of the alumina cement to supply oxygen, and an oxygen supply electrode of the alumina cement Oxygen gas or at least a gas containing oxygen gas supplied to the container, a collecting electrode portion provided separately from the alumina cement and provided in the container for extracting oxygen ions, and an alumina cement to the collecting electrode portion.
  • a power supply capable of applying a higher voltage than the oxygen supply electrode of the above, and heating the alumina cement to supply the oxygen supply of the alumina cement to the collection electrode.
  • Apply voltage higher than the pole and supply oxygen to alumina cement By supplying oxygen gas or a gas containing at least oxygen gas to the electrode portion, oxygen ion is generated from the cylindrical alumina cement.
  • alumina cement, 1 2 CaO- 7A 1 2 has a 0 3 composition, the unit cell, [C a 24 A l 28 ⁇ 6 J 4+ ⁇ ⁇ 4 - (where, X is any It is an atom or molecule of the formula.
  • the alumina cement [C a 24 A 1 28 0 64] 4+ ⁇ 2 O 2 -, CC a 24 A 1 28 ⁇ "] 4+-4_ ⁇ -, [C a 24 A 1 28 0] 4 + - 4_Rei 2 one, CC a 24 A 1 28 0 6 4 ] 4+-4H-, [C a 24 A "8 ⁇ 6 J 4+-4H 2 one, [C a 24 A 1 28 0 64] 4+ ⁇ 2H 2- , [C a 24 A 1 28 0 64 ] 4+ ⁇ 4 ⁇ H-, [C a 24 A 1 28 ⁇ 64 ] 4+ ⁇ 4 C 1 ⁇ , CC a 24 Al 28 0 64 It is preferable to use alumina cement having a unit cell of any one of + and 4F- or an alumina cement made of a mixture of these unit cells.
  • the alumina cement is preferably heated to a temperature of at least 600 ° C.
  • the electric field strength obtained by dividing the voltage applied to the collecting electrode and the oxygen supply electrode of the alumina cement by the distance between the collecting electrode and the oxygen negative ion generator of the alumina cement is 10 OV / cm or more. And it is sufficient.
  • the container is a closed container and the inside thereof is maintained in an inert gas at a predetermined pressure or in a vacuum state.
  • At least the alumina cement disposed in the container is heated, a voltage higher than that of the oxygen supply electrode portion of alumina cement is applied to the collection electrode portion, and the alumina cement is supplied to the oxygen supply electrode portion of alumina cement.
  • the oxygen negative ion generating device of the present invention comprises a container, a cylindrical alumina cement having a cylindrical closed end disposed in a container, and an outer surface on one end side of the alumina cement in the container.
  • An oxygen negative ion generating section formed on the cylindrical alumina cement; a heater for heating the cylindrical alumina cement; an oxygen supply electrode section for supplying oxygen formed on at least a part of the inner surface of the cylindrical alumina cement; Separate the oxygen gas supplied to the supply electrode section or a gas containing at least oxygen gas from the cylindrical alumina cement.
  • a collecting electrode portion for extracting oxygen negative ions provided in the container and a power supply capable of applying a higher voltage to the collecting electrode portion than the oxygen supply electrode portion of the cylindrical alumina cement,
  • a higher voltage is applied to the collecting electrode than the oxygen supplying electrode of the cylindrical alumina cement, and oxygen gas or at least oxygen gas is supplied to the oxygen supplying electrode of the cylindrical alumina cement.
  • oxygen negative ions are generated from the cylindrical alumina cement.
  • the cylindrical alumina cement Since the oxygen supply electrode portion was formed on at least a part of the inner surface of the cylindrical alumina cement, the cylindrical alumina cement was heated, and a voltage higher than that of the oxygen supply electrode portion of the cylindrical alumina cement was applied to the collection electrode portion.
  • a device for efficiently generating oxygen negative ions from the cylindrical alumina cement can be provided at low cost. .
  • the oxygen negative ion generating device of the present invention is formed with a container, a cylindrical alumina cement penetrating the container, and at least a part of an outer surface of the cylindrical alumina cement in the container.
  • an oxygen negative ion generating portion is formed on at least a part of the outer surface of the cylindrical alumina cement disposed in the container and the cylindrical alumina cement disposed through the container.
  • An oxygen supply that supplies oxygen to at least a portion of the inner surface of the Since the supply electrode portion was formed, the cylindrical alumina cement was heated, a voltage higher than that of the oxygen supply electrode portion of the cylindrical alumina cement was applied to the collection electrode portion, and the oxygen supply electrode portion of the cylindrical alumina cement was heated.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an oxygen negative ion generator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another configuration of the oxygen negative ion generating device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic structural diagram of two gauges of alumina cement used in the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the generation of oxygen ions in the crystal structure of alumina cement.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the oxygen negative ion generator used in the example.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of 0- ions generated from alumina cement and time.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration in which a mass spectrometer is added to the oxygen negative ion generator.
  • FIG. 8 is a diagram showing the results of mass spectrometry of oxygen negative ions generated by the oxygen negative ion generator.
  • FIG. 9 is a diagram showing a time change of negative ions generated by the oxygen negative ion generator.
  • Figure 10 shows the current density of ⁇ - ions generated by the oxygen negative ion generator. It is a figure which shows the relationship of the heating temperature of an alumina cement.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the current density of negative ions generated by the oxygen negative ion generator and the electric field intensity.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the oxygen negative ion generator.
  • FIG. 13 is a diagram showing the argon gas pressure dependency in the relationship between the 0-ion current generated from the oxygen negative ion generator of FIG. 12 and the voltage applied to the collecting electrode.
  • an oxygen negative ion generator 1 includes an alumina cement 2 capable of storing oxygen negative ions, a container 3 for holding the alumina cement 2, a heater 4 for heating the alumina cement 2, and an alumina cement 2.
  • a collecting electrode section 5 for extracting oxygen negative ions from 2 a power supply 6, an oxygen supply electrode section 2A provided in the alumina cement 2 for supplying oxygen, and a supply to the oxygen supply electrode section 2A.
  • the alumina cement 2 has, for example, a cylindrical shape with one end closed.
  • the cylindrical closed end of the alumina cement 2 is disposed in the container 3.
  • An electrode 2A is formed on at least a part of the inner surface of the cylindrical alumina cement 2.
  • the electrode 2A is supplied with electrons from the power supply 6 and also with an oxygen gas 7, and is referred to as an oxygen supply electrode section 2A.
  • the outer surface of the closed one end side accommodated in the cylindrical alumina cement container 3 is an oxygen negative ion generating section 2B of the alumina cement.
  • the oxygen gas 7 is supplied from the open end of the alumina cement 2 to the oxygen supply electrode 2A of the alumina cement.
  • the oxygen gas 7 may be a gas 7A containing at least oxygen gas, and for example, dry air can be used.
  • the alumina cement 2 is heated to a temperature of 600 ° C. or more by a heater 14 such as a resistance heating furnace. Is done. Although not shown, the temperature of the alumina cement 2 is measured by a thermocouple or the like, and the temperature of the heater 14 is controlled.
  • the container 3 may be constituted by a closed container 3A.
  • the atmosphere 9 inside the container 3 or the closed container 3A is preferably purged with an inert gas such as argon and kept in a dry state free of moisture. Good. Further, the inside 9 of the closed container 3A may be kept at a vacuum.
  • the container 3 and the closed container 3A can be made of stainless steel or glass.
  • the collecting electrode section 5 is arranged at a predetermined distance d from the oxygen negative ion generating section 2B of alumina cement. Further, the collecting electrode section 5 has a hole at the center thereof so as to provide a passage for oxygen ions, and is made of, for example, a stainless steel plate. Then, a voltage higher than that of the oxygen supply electrode unit 2A is applied to the collection electrode unit 5 in order to extract oxygen negative ions 10 from the alumina cement 2.
  • the power supply 6 is a power supply capable of applying a higher voltage to the collection electrode section 5 than the oxygen supply electrode section 2 A made of alumina cement, and may be a DC or AC or pulse wave. Further, a switch 8 for turning on / off the power supply 6 is inserted between the collection electrode unit 5 and the power supply 6.
  • the power supply 6 may be a half-wave or full-wave rectified pulsating current obtained by rectifying a commercial AC power supply with a diode.
  • the thickness of the alumina cement 2 is assumed to be thin, and if the electrode interval is approximated to the above d, the electric field
  • the upper limit of the electric field strength that can be applied is the electric field at which the discharge by the atmosphere gas 9 occurs at the applied electric field strength in the atmosphere gas 9 of the container 3.
  • the electrode interval d is appropriately set so as to obtain an optimum electric field strength. You only need to adjust it.
  • Alumina cement 2 in Fig. 1 has a cylindrical shape with the rain end opened and an oxygen supply electrode 2A formed on the inner surface. At least a part of the outer surface of the alumina cement 2 in the container 3 is generated by the oxygen negative ions of the alumina cement. Raw part 2B.
  • An oxygen supply electrode 2A is formed on at least a part of the inner surface of the cylindrical alumina cement 2.
  • An oxygen supply electrode 2A may be formed on the inner surface of the alumina cement 2.
  • the collecting electrode section 5A has a large number of holes, and is configured to be able to extract a large amount of oxygen negative ions 10.
  • the heater 14A for heating the alumina cement 2 ' has a structure in which a hole through which the generated oxygen negative ions 10 pass is provided.
  • the reference numerals of other components are the same as those in FIG. 1, and the description is omitted.
  • Alumina cement 2, 1 2 C A_ ⁇ one 7 A 1 2 0 3 has the composition (hereinafter, that. Referred to as C 1 2 A7), the in the unit cell has a two places of the gauge, [Ca . "a l 28 ⁇ 64] + - X 4 - (. wherein, X is Ren: a atomic or molecular) is X is denoted as, expressed, including negative ions, CT, 0 2 -, ⁇ 2- , ⁇ H—, C 1-, F-, etc., and the number of negative ions at X 4 should be 4.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a structure for two gauges of alumina cement used in the present invention.
  • Al, Ca, and 0 atoms have the sizes indicated by arrows.
  • Alumina cement 2 has a cage structure with about four voids in its structure. Oxygen negative ions 0—, 0 2 —, and 0 2 — can be contained in this cage.
  • C12A7 uses alumina and calcium carbonate as raw materials, and C: A1
  • the mixture is mixed at a ratio of 6: 7, press-molded into a desired shape, and then calcined in a dry oxygen atmosphere at 135 ° C. for a predetermined time.
  • the method of forming the oxygen supply electrode portion 2A on the alumina cement includes: (a) a method of applying a metal paste made by kneading a metal constituting the oxygen supply electrode portion 2A with a conductive resin to the alumina cement 2; (B) a method of depositing metal on alumina cement 2 by a sputtering method or an electron beam evaporation method, and (c) a method of depositing metal on alumina cement 2 by a chemical vapor deposition method (CVD method).
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • porous oxygen supply electrode portion 2A that allows oxygen to penetrate into the alumina cement 2.
  • porous means that oxygen can react with the inside of the alumina cement 2 from the pores of the oxygen supply electrode section 2 A of the alumina cement.
  • a metal paste is applied to a portion of the alumina cement to be the oxygen supply electrode portion 2A, and fired integrally with the alumina cement 2.
  • the oxygen supply electrode portion 2A of polysodium alumina cement may be formed. According to this method, it is preferable that the metal permeates the alumina cement 2.
  • the alumina cement 2 is heated to a temperature of 65 ° C. or more by a heater 5, for example, 700 to 800. Heat to ° C.
  • a voltage of 100 to 2500 V from the power supply 6 is applied to the oxygen supply electrode section 2 A and the collection electrode section 5 of alumina cement.
  • oxygen gas 7 is supplied at a pressure of l-760 T rr.
  • the second step and the third step may be performed simultaneously.
  • oxygen negative ions 10 are generated as oxygen negative ions 10 from the oxygen negative ion generating portion 2, which is a part of the surface of the alumina cement 2.
  • the electrode spacing is 1 O mm
  • by applying an electric field from 100 V / cm to 2.5 kV / cm it is possible to obtain ⁇ ions as oxygen negative ions 10. it can.
  • the generation of oxygen negative ions 10 stops when the power supply 6 is turned off by the switch 8.
  • the oxygen gas 7 or the gas 7A containing at least the oxygen gas contains moisture. This is because water reacts with oxygen negative ions contained in the alumina cement 2 to reduce oxygen negative ions. Therefore, as the gas 7A containing at least oxygen gas, dry air from which moisture has been removed can be used.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the generation of oxygen negative ions in the crystal structure of alumina cement.
  • the cage structure of the alumina cement 2 is indicated by a hexagon.
  • Alumina cement oxygen supply electrode 52 A and oxygen gas 7 are shown below alumina cement 2.
  • Oxygen negative ions 10 are generated from the oxygen negative ion generator 2 B on the surface of the alumina cement 2.
  • Alumina cement 2 the conditions of sintering, ⁇ -, ⁇ 2 - 0 2 - can be occluded ions.
  • the cage When the alumina cement 2 is heated to more than 650 ° C, the cage has about four voids, and among these ions, ⁇ _ has smaller atoms than ⁇ 2 -ions, which have larger molecules. The ions and O 2 — ions are more likely to move through the cage, resulting in so-called ionic conduction.
  • the 0- ions become pet ions and are ion-conductive in the cage.
  • 0 2 first ion is, when the electronic oxygen supply electrode portion 2 A of the alumina cement is supplied to the ion conducting through the cage becomes two ⁇ - ions.
  • the binding energy with the crystal lattice is small, and ion conduction occurs due to the electric field generated by the voltage applied to the oxygen supply electrode 2A and the collection electrode 5 of alumina cement.
  • Alumina semester facing the collecting electrode part 5 of 2 It moves to the oxygen negative ion generating part 2 B of alumina cement on the surface of the cement 2 and is released to the outside of the alumina cement 2.
  • O- ions are generated as oxygen negative ions 10 by the so-called field emission.
  • ⁇ 2- ions which conduct ions in the cage, are supposed to be released as 0- ions by the above-mentioned electric field on the surface of the alumina cement 2, similarly to ⁇ -ions, and are likely to be released outside. You.
  • 0- ions are generated from the oxygen negative ion generating section 2B of the alumina cement.
  • the release of the ions stops.
  • oxygen gas 7 Since oxygen gas 7 has a large molecule and cannot directly penetrate into the cage of alumina cement 2, it is estimated that oxygen negative ions are supplied to alumina cement 2 by the following reaction formula.
  • oxygen gas 7 reacts with ⁇ 2 -ions in the cage, and the alumina cement 2 cage Generates ⁇ — ions and O 2 — ions inside. In this manner, by supplying oxygen gas 7 into the alumina cement 2 it is replenished ⁇ - ions and 0 2 first ion in the cage, ffi the ⁇ - I O emissions to be drawn out from the surface of the alumina cement 2 U.
  • the gas 7 A containing at least oxygen gas oxygen contained therein, to replenish ⁇ over ion and ⁇ 2 one ion to case the di.
  • oxygen contained therein to replenish ⁇ over ion and ⁇ 2 one ion to case the di.
  • 0- ions which are oxygen negative ions, can be continuously and efficiently generated from the alumina cement.
  • the oxygen negative ion generator of the present invention has a simple structure, and the raw material of alumina cement is cheaper than YSZ (stabilized zirconia). Can be.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the oxygen negative ion generator used in the example.
  • the oxygen negative ion generator 20 differs from the configuration in FIG. 1 in that the inside 9 of the sealed container 3A is evacuated by the vacuum exhaust device 4.
  • Vacuum exhaust device in 3A sealed container A connection hole 3B with 4 is provided.
  • the vacuum exhaust device 4 includes a gate valve for opening and closing, an oil rotary pump, a vacuum pump including a turbo molecular pump, a vacuum gauge, a control device for vacuum exhaust, and the like.
  • the reference numerals of the other components are the same as those of FIG. 1, and the description is omitted.
  • Alumina cement 2 was C12A7, and a raw material of alumina having a particle size of 1 m and calcium carbonate were mixed in a molar ratio of Ca: A1 of 6: 7. This raw material was pressed into a so-called Tamman tube shape with one end of a cylinder closed, and fired at 135 ° C in dry oxygen for 6 hours.
  • the shape of the Tamman tube is 2 Omm in outer diameter, 4 Omm in length, and 3 mm in thickness (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.).
  • the water vapor partial pressure was 1 0 5 atmospheres 1 0 2 atm.
  • a gold paste (Nippon Gold Solution SE-1845) was applied to the bottom of the inner wall of this alumina cement 2 and sintered in a dry oxygen atmosphere at 800 ° C for 10 hours to provide an oxygen supply electrode for the alumina cement. Part 2C was formed.
  • the collecting electrode section 5 was made of a stainless steel plate, and a 0.2 mm hole was provided at the center.
  • the electrode interval d was 10 mm.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of 0- ions generated from alumina cement and time.
  • the vertical axis represents a travel time type mass spectrometer as described later. Is the 0-ion current (nA) of oxygen negative ion 10 measured by using, and the horizontal axis is the time (min) after voltage application. At this time, the pressure of the oxygen gas 7 is 100 T 0 rr, and the electric field strength is 40 OV / cm.
  • the figure shows the current due to negative ions when the temperature of the alumina cement 2 is 600 ° C., 700 ° C., and 725 ° C.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration in which a mass spectrometer is added to the oxygen negative ion generator.
  • the transit-time mass spectrometer 12 is connected in the direction of the oxygen negative ions 10 in the closed container 3A via the micropore 3C communicating with the mass spectrometer 11 provided in the closed container 3A. are doing.
  • the configuration is the same as that of FIG. 4 except that the mass spectrometer 12 is added, and the description is omitted.
  • FIG. 8 is a diagram showing the results of mass analysis of oxygen negative ions generated by the oxygen negative ion generator 20.
  • the horizontal axis is the mass number
  • the vertical axis is the ion signal intensity (arbitrary scale) measured using the transit time type mass spectrometer 12. From this figure, it is found that the generated oxygen negative ion 10 is a 0- ion having a mass of 16. Furthermore, from the enlarged view near the mass of 16, it can be seen that a small amount of electrons are generated in addition to the 0- ions.
  • FIG. 9 is a diagram showing the results of measuring the time change of 0- ions generated by the oxygen negative ion generator 20.
  • the horizontal axis is time (minutes), and the vertical axis is the signal intensity of 0-ions and electrons (arbitrary scale) measured using a transit-time mass spectrometer 12.
  • the small squares in the figure are negative ions, and the large squares are electrons. From the figure, on average, 0— ions are more than 90%, and electrons are
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the current density of 0- ions generated by the oxygen negative ion generator 20 and the heating temperature of alumina cement.
  • the horizontal axis is temperature (° C)
  • the vertical axis is current density (A / cm 2 ) measured by a transit time mass spectrometer.
  • indicates 0-ion current density
  • indicates electron current density
  • the applied voltage is 375 V and the electric field strength is approximately 375 V / cm.
  • the oxygen gas 7 is supplied at a pressure of 100 T 0 rr.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the current density of 0- ions generated by the oxygen negative ion generator 20 and the electric field intensity.
  • the horizontal axis is the electric field strength (V / cm), and the vertical axis is the current density ( ⁇ A / cm 2 ) measured by the transit time mass spectrometer 12.
  • indicates the ⁇ -ion current density
  • indicates the electron current density
  • 0 indicates the total current density, which is the sum of the 0-ion current density and the electron current density.
  • the temperature of the alumina cement 2 is 800 ° C.
  • the oxygen gas 7 is supplied at a pressure of 1 OOT orr.
  • the electric field intensity is 1 0 O kV / cm
  • 0- ion current density is 0. l iA / cm 2 occurs. It can be seen that by further increasing the electric field strength, the p-ion current density begins to increase.
  • the electric field strength is 110 kV / cm, 1700 kV / cm, and 210 kV / cm
  • the current density of one ion is l ⁇ A / cm 2 , 2 idK / cm ' 1 , 1.7 A / cm 2 .
  • the electron current density at this time is about 10% or less of the 0-ion current density.
  • the size of the 0-ion current density by generator of negative oxygen ions of the present invention is different from the 1 nA / cm 2 0- ion current density of the solid electrolyte material YS Z conventional example 3, about 2 0 0 0 More than double is easily obtained.
  • the electron current density of the oxygen negative ion generator of the present invention was about 10% or less of the 0-ion current density, and the electron current density of YSZ was 50% of the 0-ions. Compared with, this is less than 1/5, and the unity of the generated 0- ion is greatly improved.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the oxygen negative ion generator.
  • the oxygen negative ion generator 25 is different from the oxygen negative ion generator 20 in FIG. 7 in that the internal atmosphere 9 of the sealed container 3A is an argon atmosphere 9.
  • the reference numerals of the other components are the same as those in FIG.
  • the argon atmosphere 9 is obtained by evacuating the sealed container 3A and sealing the container with argon gas at a predetermined pressure.
  • Argon gas pressure for example, from 1 0- 5 To rr and 7 6 0 To rr.
  • FIG. 13 is a diagram showing the argon gas pressure dependency in the relationship between the 0-ion current generated from the oxygen negative ion generator of FIG. 12 and the voltage applied to the collecting electrode. is there.
  • the horizontal axis is the voltage (V) of the collecting electrode part 5
  • the vertical axis is the ⁇ -ion current (u A.
  • ⁇ , ⁇ , and ⁇ indicate the argon gas 9
  • the pressure when vacuum evacuation is performed without applying argon gas is 0.001 Torr or less, 0.01 Torr or 0.05 Torr, respectively.
  • the ion current does not depend on the pressure of argon gas until the voltage of the collecting electrode unit 5 is about 500 V.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that they are also included in the scope of the present invention.
  • the structure of the container described in the above embodiment, the shape of the alumina cement and the oxygen supply electrode portion or the collection electrode portion, or the method of holding the alumina cement and the container depends on the required current density of 0- ions. Needless to say, it can be designed and manufactured and applied as appropriate. Industrial applicability
  • a method for generating oxygen negative ions in which oxygen negative ions can be continuously obtained from alumina cement without the need for a high vacuum device or discharge energy, and An apparatus for generating oxygen ions can be provided.
  • the alumina cement (1 2 C a O- 7 A 1 2 ⁇ 3), and heated to 6 5 0 ° or C, and intensity of the electric field applied to the electrode was 1 0 OV / cm or more
  • oxygen gas or a gas containing at least oxygen gas it is possible to reduce the 0-ion current density of 200 times the YSZ of the conventional solid electrolyte material, 2 Can be generated continuously.
  • the current density of electrons generated together with 0- ions is 10% or less, and ⁇ - ions with good uniformity can be generated.
  • the configuration of the oxygen negative ion generator can be simplified, and the raw material of alumina cement is inexpensive as compared with YSZ. An apparatus can be provided.

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Description

明 細 書 酸素負ィォンの発生方法及び酸素負ィォンの発生装置 技術分野
本発明は、酸素負ィォンの発生方法及び酸素負ィォンの発生装置に関する。 背景技術
酸素負イオン原子は、 0— , 02—, 02 ― などの化学式で表わされ、 特に〇一 イオンは活性の高い化学種であり、例えば、 気体中での酸化反応に使用できる。 〇- イオンの応用例としては、 新規な物質の合成ゃ改質への応用が期待され、 メ タン (CH4 ) の低温酸化によるメタノール (CH3 OH) 化や、 汚染物質であ る N〇x や SOx などの酸化による無害処理化などがある。
半導体装置や液晶表示装置などの製造における各種の加工方法への◦— イオン の応用例としては、 イオン注入法、 CVD法、 エッチングなどのほか、 半導体の シリコン酸化膜の製造などが挙げられる。 さらに、食品加工への応用としては、 イチゴなどの果実の防黴、 マグロなどの魚介類の鮮度保持などがある。
第 1の従来例の酸素負ィォンの製造方法として、 放電などによつて発生したプ ラズマ中の酸素原子に低エネルギー電子を付着させることにより、酸素負イオン を製造する方法が知られている。
第 1の従来例の酸素負イオンの製造方法として、酸素ガス中で放電を行うこと により、 オゾンを発生させ、 発生したオゾンに紫外線を照射することにより、 低 エネルギー電子が酸素に付着した酸素負イオンを発生させる方法が、特開昭 6 2 - 23773 3号公幸 に開示されている。
第 3の従来例として、 固体電解質材料の表面に電圧を印加して、酸素負ィォン を発生させる方法が試みられている (M. To r i mo t 0 , A. H i r an o , T. S u d a, and M. S adaka t a, J p n. J . Ap p 1. P h y s. Vo l . 36, p. 2 38, 1 9 9 7年、 M. To r imo t o, K. S h i m a d a , T. N i s h i o k a , and M. S adaka t a, J. C hem. Eng. J p n. , Vo l. 33, p. 9 14, 2000年) 。 固体電 解質材料としては、 安定化ジルコユアである YSZ ( (Y2 03 ) ,。.2 (Z r 0 2 ) 0. 8 ) が使用されている。 〇— イオンの発生が確認されると共に、 発生した 〇— イオンと同時に 50%の電子が発生することが観測されている。
第 1及び第 2の従来例の場合には、 高真空装置と、 放電のためのエネルギー源 としての高周波発振器や、 さらにオゾンを分解するための紫外線光源などが必要 となるため、装置が大型となり、 消費電力が大きいという課題がある。
また、 第 3の従来例の場合には、 固体電解質材料に電圧を印加することで、 酸 素負イオンとして活性な 0—イオンを発生できる。 従って、装置の構成は、 第 1 の従来例や第 2の従来例と比べて簡単になる。 しかし、 0—イオンの生成量が、 InA/cm2 程度と非常に小さいという課題がある。 また、 〇— イオンの 50 %位の電子放出が同時にあるので、 〇— イオンによる各種の処理装置への適用に は、 0—イオンの単一性がよくないという課題がある。 発明の開示
本発明の目的は、 上記課題に鑑み、 高真空装置や放電エネルギーを必要とせず に、 アルミナセメントから連続的に酸素負イオンの得られる、 新規な酸素負ィォ ン発生方法及び酸素負ィォンの発生装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、 本発明は、 アルミナセメントの一部に設けられた 酸素が供給される酸素供給電極部とアルミナセメントから離隔配置された捕集電 極部との間に電圧を印加して、 アルミナセメントから酸素負イオンを発生させる ようにした酸素負ィォンの発生方法であつて、 アルミナセメントを加熱する段階 と、 捕集電極部にアルミナセメントの酸素供給電極部よりも高い電圧を印加する 段階と、 アルミナセメントの酸素供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガ スを含むガスを供給する段階と、 を含み、 アルミナセメントから酸素負イオンを 発生させることを特徴とする。
上記構成において、 アルミナセメントは、 12Ca〇一 7A123 の組成を 有し、単位格子では、 〔Ca Aし 80"〕 4+· Χ4— (ここで、 Xは任意の原子 または分子である。 ) の構造を有していればよい。 また、 アルミナセメントは、 〔C a24A 1280644+· 2 O2-, CC a24A 1 280644+ · 4 Cr , 〔C a24A 128644+ · 4〇2 一 , 〔Ca24Al 280644+· 4H- , 〔Ca24Al28644+· 4H2 -, 〔C a24A 1280644+ · 2 H2一, 〔C a24A 128644+ · 4〇H―, 〔C a 24A 1280 "〕 4+ · 4 C 1 一 , 〔C a24A 128644+ · 4 F—の何れか 1つの単位格子を有するアルミナ セメント、 または、 これらの単位格子の混合物からなるアルミナセメントであれ ば好適である。
上記アルミナセメントは、好ましくは 65 Ot以上に加熱される。
また、 捕集電極部とアルミナセメントの酸素供給電極部に印加される電圧を、 捕集電極部とアルミナセメントの酸素負イオン発生部との距離で除した電界強度 が、 10 OV/ cm以上とすればよい。
この方法によれば、 アルミナセメントを加熱することによりアルミナセメント に包蔵される酸素負イオンのイオン伝導を生じさせる。 そして、 アルミナセメン 卜の酸素負イオン発生部に離隔配置された捕集電極部にアルミナセメントの酸素 供給電極部よりも高い電圧を加えることにより、 アルミナセメントから酸素負ィ ォンを外部に引き出すことができる。
さらに、 アルミナセメントの酸素供給電極部に酸素または少なくとも酸素ガス を含むガスを供給することによりアルミナセメントへ酸素負ィォンを供給し、 効 率よく酸素負イオン発生させることができる。
また、 本発明の酸素負イオンの発生装置は、 アルミナセメントから酸素負ィォ ンを発生させるようにした酸素負イオンの発生装置であって、容器と、少なくと も一部が容器の中に配設されて酸素負ィォン発生部となるアルミナセメントと、 アルミナセメントを加熱するヒータ一と、 アルミナセメントの一部に形成されて いて酸素を供給する酸素供給電極部と、 アルミナセメントの酸素供給電極部に供 給される酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスと、 アルミナセメントか ら離隔配置され容器内に設けられた酸素負ィオンを引き出すための捕集電極部と 、捕集電極部へアルミナセメントの酸素供給電極部よりも高電圧を印加し得る電 源と、 を備え、 アルミナセメントを加熱して、捕集電極部にアルミナセメントの 酸素供給電極部よりも高い電圧を印加すると共に、 アルミナセメントの酸素供給 電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスを供給することにより、 筒状ァルミナセメントから酸素負ィォンを発生させることを特徴とする。
上記構成において、 アルミナセメントは、 1 2 CaO— 7A 12 03 の組成を 有し、 単位格子では、 〔C a24A l 286J 4+ · Χ4— (ここで、 Xは任意の原子 または分子である。 ) の構造を有していればよい。
また、 アルミナセメントは、 〔C a24A 1280644+ · 2 O2-, CC a24A 1 28〇"〕 4+ · 4〇— , 〔C a24A 1280 〕 4+ · 4〇2 一 , CC a24A 128064 〕 4+ · 4H- , 〔C a24A "86J 4+ · 4H2 一 , 〔C a 24A 1280644+ · 2H2-, 〔C a24A 1280644+ · 4〇H― , 〔C a 24A 128644+ · 4 C 1 ― , CC a24Al 28064+ · 4F- の何れか 1つの単位格子を有するアルミナ セメント、 または、 これらの単位格子の混合物からなるアルミナセメントであれ ば好適である。
上記アルミナセメントは、好ましくは、 6 5 0°C以上に加熱される。
また、 捕集電極部とアルミナセメントの酸素供給電極部に印加される電圧を、 捕集電極部とアルミナセメントの酸素負イオン発生部との距離で除した電界強度 が、 1 0 OV/ cm以上とすればよい。
さらに、容器が密閉容器であり、 その内部が所定の圧力の不活性ガスまたは真 空状態に保持されれば好ましい。
この構成によれば、少なくとも容器内に配設されるアルミナセメントを加熱し て、捕集電極部にアルミナセメントの酸素供給電極部よりも高い電圧を印加する と共に、 アルミナセメントの酸素供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガ スを含むガスを供給することにより、 アルミナセメントから効率よく酸素負ィォ ンを発生させる装置を、 低コストで提供することができる。
また、 本発明の酸素負イオンの発生装置は、 容器と、筒状の閉じた一端側を容 器の中に配設した筒状のアルミナセメントと、容器内のアルミナセメントの一端 側の外表面に形成した酸素負イオン発生部と、 筒状アルミナセメントを加熱する ヒーターと、筒状アルミナセメントの内表面の少なくとも一部に形成した酸素を 供給する酸素供給電極部と、 筒状アルミナセメントの酸素供給電極部に供給する 酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスと、 筒状アルミナセメントから離 隔配置され容器内に設けた酸素負ィオンを引き出すための捕集電極部と、 捕集電 極部へ筒状アルミナセメントの酸素供給電極部よりも高電圧を印加し得る電源と 、 を備え、筒状アルミナセメントを加熱して、 捕集電極部に筒状アルミナセメン トの酸素供給電極部よりも高電圧を印加すると共に、 筒状アルミナセメントの酸 素供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスを供給することに より、 筒状アルミナセメン卜から酸素負イオンを発生させることを特徴とする。 この構成によれば、 筒状のアルミナセメントの閉じた一端側を容器の中に配設 し、 容器内のアルミナセメントの一端側の外表面に酸素負ィォン発生部を形成し 、筒状アルミナセメントの内表面の少なくとも一部に酸素供給電極部を形成した ので、 この筒状アルミナセメントを加熱して、 捕集電極部に筒状アルミナセメン トの酸素供給電極部よりも高い電圧を印加すると共に、 筒状アルミナセメントの 酸素供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスを供給すること により、 筒状アルミナセメントから効率よく酸素負イオンを発生させる装置を、 低コストで提供することができる。
さらに、本発明の酸素負イオンの発生装置は、容器と、 容器を貫通して配設し た筒状のアルミナセメントと、容器内の筒状アルミナセメントの外表面の少なく とも一部に形成した酸素負イオン発生部と、筒状アルミナセメントを加熱するヒ —ターと、筒状アルミナセメントの内表面の少なくとも一部に形成された酸素を 供給する酸素供給電極部と、筒状アルミナセメントの酸素供給電極部に供給する 酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスと、 筒状アルミナセメントから離 隔配置され容器内に設けた酸素負ィオンを引き出すための捕集電極部と、 捕集電 極部へアルミナセメントの酸素供給電極部よりも高電圧を印加し得る電源と、 を 備え、筒状アルミナセメントを加熱して、 捕集電極部に筒状アルミナセメントの 酸素供給電極部よりも高い電圧を加えると共に、 筒状アルミナセメントの酸素供 給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスを供給することにより
、筒^!犬アルミナセメントから酸素負イオンを発生させることを特徴とする。 この構成によれば、容器を貫通して配設した筒状のアルミナセメントと、容器 内の筒状アルミナセメントの外表面の少なくとも一部に酸素負ィォン発生部を形 成し、 筒状アルミナセメントの内表面の少なくとも一部に酸素を供給する酸素供 給電極部を形成したので、 この筒状アルミナセメントを加熱して、 捕集電極部に 筒状アルミナセメントの酸素供給電極部よりも高い電圧を印加すると共に、筒状 アルミナセメントの酸素供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含む ガスを供給することにより、筒状アルミナセメントから効率良く酸素負ィオンを 発生させる装置を、 低コストで提供することができる。 図面の簡単な説明
本発明は、以下の詳細な説明及び本発明の幾つかの実施の形態を示す添付図面 に基づいて、 より良く理解されるものとなろう。 なお、 添付図面に示す実施の形 態は本発明を特定又は限定することを意図するものではなく、単に本発明の説明 及び理解を容易とするためだけに記載されたものである。
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態にかかる酸素負イオンの発生装置の構成を 示す図である。
図 2は、 本発明の第 1の実施の形態にかかる酸素負ィォンの発生装置の別の構 成を示す図である。
図 3は、 本発明に使用するアルミナセメントのゲージ 2つ分の構造模式図であ る。
図 4は、 アルミナセメントの結晶構造における酸素負ィォンの発生を説明する 模式図である。
図 5は、 実施例に用いた酸素負イオンの発生装置の構成を示す図である。 図 6は、 アルミナセメントから発生させた 0— イオンの発生量と時間の関係を 示す図である。
図 7は、 酸素負イオンの発生装置に、 質量分析装置を付加した構成を示す図で ある。
図 8は、 酸素負ィォンの発生装置により発生させた酸素負ィォンの質量分析結 果を示す図である。
図 9は、 酸素負イオンの発生装置により発生させた〇— イオンの時間変化を示 す図である。
図 1 0は、酸素負イオンの発生装置により発生させた◦— イオンの電流密度と アルミナセメントの加熱温度の関係を示す図である。
図 1 1は、酸素負イオンの発生装置により発生させた〇— イオンの電流密度と 電界強度の関係を示す図である。
図 1 2は、酸素負イオンの発生装置の別の実施例の構成を示す図である。 図 1 3は、 図 1 2の酸素負イオンの発生装置から発生させた 0— イオン電流と 捕集電極部に印加する電圧の関係におけるアルゴンガス圧力依存性を示す図であ る。 発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
図 1及び図 2は、 本発明の第 1の実施の形態にかかる酸素負イオンの発生装置 1の構成を示す図である。 図 1において、 酸素負イオンの発生装置 1は、酸素負 イオンを包蔵できるアルミナセメント 2と、 アルミナセメント 2を保持する容器 3と、 アルミナセメント 2の加熱用のヒ一夕一 4と、 アルミナセメント 2から酸 素負イオンを引き出すための捕集電極部 5と、 電源 6と、 アルミナセメント 2に 設けられた酸素を供給する酸素供給電極部 2 Aと、 この酸素供給電極部 2 Aへ供 給される酸素ガス 7または少なくとも酸素ガスを含むガス 7 Aと、 から構成され る。
アルミナセメント 2は、 例えば、筒状の一端を閉じた円筒形状を有している。 そして、 アルミナセメント 2の筒状の閉じた一端側が容器 3に配設されている。 この筒状アルミナセメント 2の内表面の少なくとも一部に電極 2 Aが形成されて いる。 後述するが、 この電極 2 Aへは、電源 6から電子が供給されると共に、 酸 素ガス 7が供給されるようになっており、 酸素供給電極部 2 Aと称する。 また、 筒状アルミナセメント の容器 3に収容された閉じた一端側の外表面が、 アルミ ナセメントの酸素負イオン発生部 2 Bとなっている。
そして、 アルミナセメント 2の開放端から、 アルミナセメントの酸素供給電極 部 2 Aへ酸素ガス 7が供給される。 酸素ガス 7は、少なくとも酸素ガスを含むガ ス 7 Aでもよく、例えば、 乾燥空気などを用いることができる。 このアルミナセ メント 2は、抵抗加熱炉などによるヒータ一 4により 6 0 0 °C以上の温度に加熱 される。 図示しないが、 アルミナセメント 2の温度は熱電対などにより測温され 、 ヒータ一 4が温度制御される。
容器 3は、 密閉容器 3 Aで構成してもよい。 また、 容器 3または密閉容器 3 A の内部の雰囲気 9は、 不活性ガスのアルゴンなどでパージし、 水分の含まれない 乾燥状態に保持しておくことが好ましく、 パージが済んだら停止してもよい。 ま た、 密閉容器 3 Aの内部 9は真空に保持してもよい。 この容器 3や密閉容器 3 A は、 ステンレスあるいはガラスなどで製作することができる。
捕集電極部 5は、 図示するように、 アルミナセメントの酸素負イオン発生部 2 Bから所定の距離 dで離隔配置されている。 さらに、 捕集電極部 5は、酸素負ィ オンの通路となるようにその中心に穴部を有し、 例えば、 ステンレス板で作製さ れる。 そして、 捕集電極部 5は、 アルミナセメント 2から酸素負イオン 1 0を引 き出すために、 酸素供給電極部 2 Aよりも高い電圧が印加される。
電源 6は、捕集電極部 5へアルミナセメントの酸素供給電極部 2 Aよりも高電 圧を印加し得る電源であって、 直流または交流でも、 さらにパルス波でもよい。 また、電源 6をオン, オフするスィッチ 8が、捕集電極部 5と電源 6の間に揷入 される。 電源 6は、 商用の交流電源をダイオードで整流した半波または全波整流 の脈流でもよい。 電源 6により、例えば直流電圧 Vを捕集電極部 5と、 酸素供給 電極部 2 Aに印加したとき、 アルミナセメント 2の厚さが薄いものとして、電極 間隔を上記の dと近似すれば、 電界強度 Eは、 E = V/ dで計算できる。
ここで、 印加できる電界強度の上限は、 容器 3の雰囲気ガス 9において、 印加 した電界強度で、雰囲気ガス 9による放電が発生する電界である。 雰囲気ガス 9 による放電が始まると、 酸素負イオン以外のイオンや電子が急激に増加し、酸素 負イオンの単一性が低下するので好ましくない。 従って、 本発明の酸素負イオン 発生装置 2 0を、例えば商用の交流電源を使用し、 直接整流した電源 6により動 作させる場合には、 最適な電界強度が得られるように電極間隔 dを適宜調整すれ ばよい。
図 1のアルミナセメント 2, は、 雨端を開放し内面に酸素供給電極部 2 Aが形 成された筒形状をなし、容器 3を貫通して配設されている。 容器 3内のアルミナ セメント 2, の外表面の少なくとも一部が、 アルミナセメントの酸素負イオン発 生部 2 Bとなる。 そして、 この筒状のアルミナセメント 2, の内表面の少なくと も一部に、 酸素供給電極部 2 Aが形成されている。 アルミナセメント 2, の内表 面に、 酸素供給電極部 2 Aが形成されていてもよい。 また、捕集電極部 5Aは多 数の孔を有し、 多量の酸素負イオン 1 0を引き出せる構成としている。 そして、 アルミナセメント 2' を加熱するヒータ一 4 Aは、 発生する酸素負イオン 1 0が 通る穴部を設けた構造としている。 他の構成部分の符号は、 図 1と同じ構成であ るので、説明は省略する。
次に、本発明の酸素負イオン発生装置に使用するアルミナセメントについて説 明する。
アルミナセメント 2は、 1 2 C a〇一 7 A 12 03 (以下、 C 1 2 A7と称す る。 ) の組成を有し、 単位格子中には 1 2箇所のゲージをもち、 〔Ca"A l 2864+ - X4- (ここで、 Xは任: の原子または分子である。 ) と表わされる。 Xは、 負イオンも含めて表わすと、 CT , 02— , 〇2 - , 〇H— , C 1 - , F- などでよく、 かつ、 X4 となったときの負イオン数が 4となっていればよい。 このようなアルミナセメントとして、 〔C a24A 128644+ · 2〇2一, 〔C a24A 128〇"〕 4+ · 4 CT , 〔C a24A 1280644+ · 402 一 , 〔C a24A " 80644+ · 4 H- , 〔C a24A 1280644+ · 4 H2 - , 〔C a24A 128644+ · 2Η2—, 〔Ca24Al 28644+ · 4〇Η— , 〔C a24A 1280644+ · 4 C 1 - , 〔C a24A 1280644+ · 4 F - の何れか 1つの単位格子を有するアルミナセメント、 または、 これらの単位格子 の混合物からなるアルミナセメント、 の何れか 1つであればよい。
次に、 Xが〇である場合のアルミナセメント 2について説明する。 この場合に は、 アルミナセメント 2の単位格子が 〔C a24A 128644+ · 202一となる。 図 3は、本発明に使用するアルミナセメントのゲージ 2つ分の構造を模式的に 示す図である。 図において、 A l , Ca, 0原子は、 矢印で示している大きさで ある。 アルミナセメント 2は、 その構造中に約 4人の空隙をもつケージ構造を有 している。 このケージの中には、酸素負イオンである 0— , 02-, 02 — を包蔵 させることができる。
C 1 2 A7は、 原材料であるァアルミナと炭酸カルシウムを、 C a: A 1をモ ル比 6 : 7で混合し、 所望の形状に加圧成形したのち、乾燥酸素雰囲気中で 1 3 5 0 °Cで、 所定の時間で焼成することにより得られる。
次に、 本発明の酸素負イオンの発生装置に使用するアルミナセメントに酸素供 給電極部を形成する方法について説明する。
アルミナセメントに酸素供給電極部 2 Aを形成する方法としては、 (a )酸素 供給電極部 2 Aを構成する金属を導電性樹脂と混練して作られた金属ペーストを アルミナセメント 2に塗布する方法、 (b ) 金属をスパッ夕法や電子ビーム蒸着 法でアルミナセメント 2に蒸着する方法、 (c ) 金属を化学蒸着法 (C V D法) によりアルミナセメント 2に堆積させる方法などがある。
これらの方法により、酸素をアルミナセメント 2の内部に浸透させることので きる多孔質の酸素供給電極部 2 Aを形成することが好ましい。 ここで、 多孔質と は、 アルミナセメントの酸素供給電極部 2 Aの孔から、酸素がアルミナセメント 2の内部と反応できることである。
さらに、 別の方法として、 アルミナセメントを焼成する前の加圧成形した後に 、 アルミナセメントの酸素供給電極部 2 Aとなる部位に金属ペーストを塗り、 ァ ルミナセメント 2と一体として焼成することにより、 多孑し質のアルミナセメント の酸素供給電極部 2 Aを形成してもよい。 この方法によれば、 金属がアルミナセ メン卜 2に浸透して好ましい。
次に、本発明の第 2の実施の形態である酸素負イオンの発生方法について説明 する。
第 1の段階として、 酸素負イオンの発生装置 1の容器 3を、 真空排気あるいは アルゴンガスでパージした後に、 アルミナセメント 2をヒーター 5により 6 5 0 °C以上、 例えば 7 0 0〜8 1 0 °Cに加熱する。
第 2の段階として、 電源 6から 1 0 0〜2 5 0 0 Vの電圧を、 アルミナセメン トの酸素供給電極部 2 Aと捕集電極部 5へ印加する。
第 3の段階として、 酸素ガス 7を l〜7 6 0 T o r rの圧力で供給する。 ここ で、 第 2の段階と第 3の段階は、 同時に行ってもよい。
これにより、 アルミナセメント 2の表面の一部である酸素負イオン発生部 2 Β から、酸素負イオン 1 0として 0— イオンが発生する。 ここで、 電極間隔が 1 O mmのときに、 1 0 0 V/ c mから 2 . 5 k V/ c m までの電界を印加することにより、 酸素負イオン 1 0として◦— イオンを得るこ とができる。 また、 酸素負イオン 1 0の発生は、 電源 6をスィッチ 8によりオフ にすれば停止する。
なお、 酸素ガス 7または少なくとも酸素ガスを含むガス 7 Aに、 水分が含まれ ていることは好ましくない。 これは、 水分がアルミナセメント 2に包蔵される酸 素負イオンと反応し、 酸素負イオンを減じるからである。 従って、 少なくとも酸 素ガスを含むガス 7 Aは、 水分を除去した乾燥空気などが使用できる。
次に、 本発明のアルミナセメントによる酸素負イオンの発生方法の機構につい て説明する。
図 4は、 アルミナセメントの結晶構造における酸素負イオンの発生を説明する 模式図である。 図において、 アルミナセメント 2の有するケージ構造を六角形で 示している。 アルミナセメントの酸素供給電極 ¾5 2 Aと酸素ガス 7は、 アルミナ セメント 2の下部に示している。 酸素負イオン 1 0は、 アルミナセメント 2の表 面の酸素負イオン発生部 2 Bから発生する。
先ず、 アルミナセメント 2中の酸素負イオンのイオン伝導について説明する。 アルミナセメント 2は、 焼結の条件により、 〇— , 〇2 -, 0 2 ― イオンを包蔵さ せることができる。 アルミナセメント 2が 6 5 0 °C以上に加熱されると、 ケージ の空隙は約 4人であるので、 これらのイオンの中で、 分子の大きい〇2 ― イオン よりも、 より原子の小さい〇_ イオンと 0 2—イオンがケージを介して移動し易く なり、 所謂イオン伝導が生じる。 ここで、 0— イオンは、 アルミナセメントの酸 素供給電極部 2 Aから電子が供給されると〇トイオンになりケージ中をイオン伝 導する。 また、 0 2 一イオンは、 アルミナセメントの酸素供給電極部 2 Aから電 子が供給されると、 2個の〇— イオンになりケージ中をイオン伝導する。
次に、 アルミナセメント 2からの〇— イオンの電界放出について説明する。 ケージ中をイオン伝導する〇- イオンは、 結晶格子を組んで結合している C a
, A 1, 〇とは異なり、 結晶格子との束縛エネルギーは小さく、 アルミナセメン トの酸素供給電極部 2 Aと捕集電極部 5に印加される電圧によって生じる電界に よりイオン伝導し、 アルミナセメント 2の捕集電極部 5に対向するアルミナセメ ント 2の表面であるアルミナセメントの酸素負イオン発生部 2 Bへ移動し、 アル ミナセメント 2の外部へ放出される。 この、 所謂電界放出により酸素負イオン 1 0として 0— イオンが発生する。 また、 ケージ中をイオン伝導する〇2 ― イオン は、 〇— イオンと同様に、 アルミナセメント 2の表面において上記電界により電 子を放出して 0— イオンとなり、 外部に放出され易いものと推測される。 このよ うにして、 アルミナセメントの酸素負イオン発生部 2 Bから 0— イオンが発生す る。 しかし、 アルミナセメント 2に包蔵されている〇— イオンが放出されてしま うと、 〇_ イオンの放出は停止する。
次に、 アルミナセメントから連続的に〇 イオンを発生させるための、 アルミ ナセメント 2への酸素供給について説明する。
酸素ガス 7は分子が大きいため、 直接アルミナセメント 2のケージへ浸入でき ないので、 次式で示される反応式により、 アルミナセメント 2へ酸素負イオンを 補給していると推定される。
0 2 (供給酸素) + 0 2— (ケージ) → 〇_ (ケージ) + 0 2 — (ケージ) この反応により酸素ガス 7がケージ中の〇2 -イオンと反応して、 アルミナセメ ント 2のケージ中に◦— イオンと 0 2 ― イオンを発生させる。 このように、 アル ミナセメント 2へ酸素ガス 7を供給することで、 ケージ内に〇— イオンと 0 2 一 イオンが補給され、 アルミナセメント 2の表面から外部に引き出される〇— ィォ ンを ffiう。
少なくとも酸素ガスを含むガス 7 Aにおいても、 その中に含まれる酸素が、 ケ ージ内に〇ー イオンと〇 2 一 イオンを補給する。 これにより、 アルミナセメント から、 連続的に効率よく酸素負イオンである 0— イオンを発生させることができ る。 また、 本発明の酸素負イオンの発生装置は構造が簡単で、 アルミナセメント の原材料は Y S Z (安定化ジルコユア) に比べて安価であるので、 低コストで酸 素負イオンの発生装置を提供することができる。
次に、 酸素負イオンの発生装置の実施例を示す。
図 5は、 実施例に用いた酸素負イオンの発生装置の構成を示す図である。 図に おいて、 酸素負イオンの発生装置 2 0は、 密閉容器 3 Aの内部 9を真空排気装置 4により真空にした点が図 1の構成と異なる。 密閉容器 3 Aには、 真空排気装置 4との接続孔 3 Bを設けている。 真空排気装置 4は、 開閉用のゲートバルブ、 油 回転ポンプ、 ターボ分子ポンプなどから構成される真空ポンプ、 真空計、 真空排 気のための制御装置などからなる。 他の構成部分の符号は図 1と同じ構成である ので、 説明は省略する。
アルミナセメント 2は、 C 1 2 A 7であり、 原材料である粒径が 1 mのァァ ルミナと、 炭酸カルシウムを、 C a: A 1をモル比 6 : 7で混合した。 この原材 料を円筒の一端を閉じた所謂タンマン管形状に加圧成形し、 1 3 5 0°Cで、乾燥 酸素中で 6時間焼成して形成した。 タンマン管の形状は、 外径 2 Omm、 長さ 4 Omm、厚さ 3 mmである (電気化学工業 (株) 製) 。 この際、焼結時の酸素分 圧を 0. 1気圧から 1気圧として、水蒸気分圧は、 1 0—2気圧から 1 0—5気圧と した。 水は酸素負イオンと反応し、 アルミナセメント 2に包蔵される酸素負ィォ ンを減少させるので排除することが必要である。 焼成後は、 5 5 0。Cまでは約 1 0°C/分でゆつくり降温し、 さらに室温まで約 1 0 0°C/分で急冷した。 このァ ルミナセメント 2の焼結後に包蔵される〇— イオンと、 〇2一イオンの密度は、 電 子スピン共鳴法による測定によれば、 それぞれ、 2 X 1 02°cm— 3、 4 X 1 020 cm— 3である。
このアルミナセメント 2の内壁底部に、金ペースト (日本金液 S E— 1 84 5 ) を塗布し、乾燥酸素雰囲気中で、 8 0 0 °Cで 1 0時間の焼結によりアルミナセ メントの酸素供給電極部 2 Cを形成した。 捕集電極部 5は、 ステンレス板により 製作し、 中心部に 0. 2 mmの孔を設けた。 また、電極間隔 dは、 1 0 mmとし た。
次に、 図 5で説明した酸素負イオンの発生装置による酸素負イオンの発生方法 の実施例を示す。
酸素負ィォンの発生装置 I 0の真空排気装置 4により密閉容器 3 Aの内部を 1 0一5 To r rまで真空排気を行い、 アルミナセメント 2は、 ヒーター 4により 6 50° (:〜 8 1 0°Cに加熱した。 酸素負イオン 1 0の供給源となる酸素ガス 7は、 1 0 0 To r rの圧力で印加した。
図 6は、 アルミナセメントから発生させた 0— イオンの発生量と時間の関係を 示す図である。 図において、縦軸は、 後述するように走行時間型の質量分析装置 を用いて測定した酸素負イオン 1 0の 0— イオン電流 (n A) であり、 横軸は電 圧印加後の時間 (分) である。 このときの酸素ガス 7の圧力は 1 0 0 T 0 r rで 、電界強度は 4 0 O V/ c mである。 図は、 アルミナセメント 2の温度を 6 0 0 °C , 7 0 0 °C , 7 2 5 °Cのときの〇— イオンによる電流を示している。
6 0 0 °Cにおいて、 殆どイオン電流は発生しない。 7 0 0 °C及び 7 2 5 °Cにお いて、 電圧印加後 3 0分程度は、 多くの〇— イオンが放出し、 その後は、 ほぼ安 定して、 〇- イオンが 3 0 0分、 即ち 5時間発生していることが分かる。 また、 アルミナセメント 2の温度が 7 0 0 °Cから 7 2 5 °Cに上昇すると、 ◦— イオンが 増加する。
ここで、 最初の約 3 0分程度までの過剰な〇— イオンの放出現象について説明 する。 この過剰な〇— イオンの放出現象は、 電圧印加前にアルミナセメント 2の 内部に包蔵された〇— イオンによる過渡的な放出と、 アルミナセメント 2への酸 素取り込みと〇— イオンの放出が同時発生していることによると推察される。 ま た、 おおよそ 3 0分以降は、 アルミナセメント 2の内部に包蔵された〇— イオン の放出は無くなり、 アルミナセメント 2への酸素取り込みと〇— イオンの放出だ けになり、 一定の 0— イオンの放出に至るものと考えられる。
次に、 アルミナセメント 2から発生する酸素負イオンを質量分析装置により調 ベた,結果について説明する。
図 7は、 酸素負イオンの発生装置に、 質量分析装置を付加した構成を示す図で ある。 走行時間型の質量分析装置 1 2は、 密閉容器 3 Aの酸素負イオン 1 0の直 進方向に、 密閉容器 3 Aに設けた質量分析装置 1 1に連通する微小孔 3 Cを介し て接続している。 質量分析装置 1 2を付加した以外は、 図 4と同一であるので、 説明は省略する。
図 8は、 酸素負イオンの発生装置 2 0により発生させた酸素負イオンの質量分 析結果を示す図である。 図において、 横軸は質量数で、 縦軸は走行時間型の質量 分析装置 1 2を用いて測定したイオンの信号強度 (任意目盛り) である。 この図 から、 発生した酸素負イオン 1 0は、 質量が 1 6の 0— イオンであることが分か る。 さらに、 質量 1 6付近の拡大図から、 0— イオンのほかに少量の電子が発生 していることが分かる。 次に、 図 9は、 酸素負イオン発生装置 2 0により発生させた 0— イオンの時間 変化を測定した結果を示す図である。 図において、横軸は時間 (分) で、 縦軸は 走行時間型の質量分析装置 1 2を用いて測定した 0— イオンと電子の信号強度 ( 任意目盛り) である。 また、 図中の小さい四角は〇— イオンで、 大きい四角は電 子を示している。 図から、平均すると、 0— イオンが 9 0 %以上であり、 電子は
1 0 %以下と極めて少なく、単一性のよい〇— イオンが発生していることが分か る。
次に、本発明の酸素負イオンの発生装置により発生できる 0— イオン電流密度 に対するアルミナセメントの加熱温度と、 電界強度の関係について説明する。 図 1 0は、酸素負イオンの発生装置 2 0により発生させた 0— イオンの電流密 度とアルミナセメントの加熱温度の関係を示す図である。 図において、 横軸は温 度 (°C ) で、 縦軸は走行時間型質量分析装置により測定した電流密度 ( A/ c m2 ) である。 また、 図中の〇は 0— イオン電流密度、 ♦は電子電流密度、 醒は 〇ー イオン電流密度と電子電流密度の合計である全電流密度を示している。 印加 した電圧は 3 7 5 Vであり、 電界強度はおおよそ 3 7 5 V/ c mである。 また、 酸素ガス 7は、 1 0 0 T 0 r rの圧力で供給している。
アルミナセメント 2の温度が、 おおよそ 6 5 0 °Cから、 ◦— イオンが発生し始 め、 7 0 0 °Cを越えると 0— イオンの電流密度は直線的に増加し始めることが分 かる。 8 1 0 °Cにおいて、 〇— イオン電流密度は 0 . 2 5〃A/ c m2 であり、 このときの電子電流密度は、 0— イオン電流密度の約 1 0 %以下であり、 0— ィ ォンの単一性のよいことが分かる。
図 1 1は酸素負イオンの発生装置 2 0により発生させた 0— イオンの電流密度 と電界強度の関係を示す図である。 横軸は電界強度 ( V/ c m) で、縦軸は走行 時間型の質量分析装置 1 2により測定した電流密度 (^ A/ c m2 ) である。 ま た、 図中の〇は〇— イオン電流密度、 ▲は電子電流密度、 令は 0— イオン電流密 度と電子電流密度の合計である全電流密度を示している。 ここで、 アルミナセメ ント 2の温度は、 8 0 0 °Cであり、酸素ガス 7を 1 O O T o r rの圧力で供給し ている。
走行時間型の質量分析装置 1 2による測定から、 〇— イオンは電界強度が 3 5 V/ cmから発生する。 電界強度が 1 0 O kV/cmのときに、 0— イオン電流 密度が 0. l iA/cm2 発生する。 電界強度をさらに増加させることにより、 〇ー イオン電流密度は増加し始めることが分かる。 電界強度として、 1 1 0 0 k V/cm, 1 7 0 0 kV/cm, 2 1 3 0 k V/c mを印加したときに発生する ◦一 イオンの電流密度は、 それぞれ、 l〃A/cm2 , 2 idK/cm'1 , 1. 7 A/cm2 である。 このときの電子電流密度は、 何れも 0— イオン電流密度の 約 1 0%以下である。
本発明の酸素負イオンの発生装置による 0— イオン電流密度の大きさは、 従来 例 3の固体電解質材料 YS Zの 0— イオン電流密度の 1 nA/ cm2 と比べると 、約 2 0 0 0倍以上が容易に得られる。 また、本発明の酸素負イオンの発生装置 による電子電流密度は、 0- イオン電流密度の約 1 0%以下であり、 YS Zの電 子電流密度が 0— イオンの 5 0%であったのに比べると、 1 /5以下となり、 発 生する 0— イオンの単一性が大幅に改善される。
次に、 酸素負イオンの発生装置の別の実施例を示す。
図 1 2は、酸素負イオンの発生装置の別の実施例の構成を示す図である。 図に おいて、 酸素負イオンの発生装置 2 5は、 密閉容器 3 Aの内部雰囲気 9をァルゴ ン雰囲気 9とした点が、 図 7の酸素負イオンの発生装置 2 0と異なる。 他の構成 部分の符号は、 図 7と同じであるので、 説明は省略する。 ここで、 アルゴン雰囲 気 9は、 密閉容器 3 Aを真空排気し、 アルゴンガスを所定の圧力で封入密閉する ことで得られる。 アルゴンガス圧は、 例えば、 1 0— 5To r rから 7 6 0 To r rとする。
次に、 図 1 2で説明した酸素負イオンの発生装置 2 5による酸素負イオンの発 生方法の実施例を示す。
酸素負イオンの発生装置 2 0の真空排気装置 4により密閉容器 3 Aの内部を 1 0一5 T 0 r rまで真空排気を行い、 アルゴンガス 9を封入した。 アルミナセメン ト 2は、 ヒータ一 4より 7 3 0°Cに加熱した。 また、酸素ガス 7は、 Ι Ο Ο Το r rの圧力で供給した。
図 1 3は、 図 1 2の酸素負イオンの発生装置から発生させた 0— イオン電流と 、 捕集電極部に印加する電圧の関係におけるアルゴンガス圧力依存性を示す図で ある。 図において、 横軸は捕集電極部 5の電圧 (V) で、縦軸は〇— イオン電流 ( u A である。 また、 図中の♦印, 顬印, ▲印は、 アルゴンガス 9の圧力であ り、 それぞれ、 アルゴンガスを印加しない真空排気したときの圧力が 0 . 0 0 1 T o r r以下, 0 . 0 1 T o r r , 0 . 0 5 T o r rを示している。 図から明ら かなように、 捕集電極部 5の電圧が 5 0 0 V程度までは、 〇— イオン電流はアル ゴンガスの圧力に依存しない。 捕集電極部 5の電圧が、 5 0 0 V以上において、 ァルゴンガス 9の圧力による差が生じる。 ァルゴンガス 9の圧力が 0 . 0 1 T 0 r rの場合に、 アルゴンガス 9の圧力のない 0 . 0 0 1 T o r r以下のときょり もィォン電流が減少するのは、 アルミナセメントの酸素負ィォン発生部 2 Bで発 生した〇— イオンがアルゴンガス 9に衝突して電子を失うためと推察される。 こ れにより、 密閉容器 3の内部をアルゴンガス雰囲気 9としても酸素負イオン 1 0 を発生させることができる。 このときには、 適切なアルゴンガスの圧力とし、 ま た、捕集電極部 5の電圧を調整して、 アルゴンガスと 0— イオンとの衝突電離が 生じないようにすることが好ましい。
本発明は、 上記実施例に限定されることなく、 特許請求の範囲に記載した発明 の範囲内で種々の変形が可能であり、 それらも本発明の範囲内に含まれることは いうまでもない。 例えば、 上記実施の形態で説明した容器の構造やアルミナセメ ントと酸素供給電極部や捕集電極部の形状、 または、 アルミナセメントと容器と の保持方法などは、 必要な 0— イオンの電流密度により適宜設計製作し適用し得 ることは勿論である。 産業上の利用可能性
上記説明から理解されるように、本発明にあっては、 高真空装置や放電工ネル ギーを必要とせずに、 アルミナセメントから連続的に酸素負イオンの得られる、 酸素負ィォンの発生方法及び酸素負ィォンの発生装置を提供することができる。 また、 本発明によれば、 アルミナセメント ( 1 2 C a O— 7 A 1 23 ) を、 6 5 0 °C以上に加熱し、電極に印加する電界強度を 1 0 O V/ c m以上とし、酸 素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスをアルミナセメントに供給すること により、 従来の固体電解質材料の Y S Zの 2 0 0 0倍の 0— イオン電流密度を、 2 連続的に発生させることができる。 また、 0— イオンと共に発生する電子の電流 密度は 1 0 %以下であり、単一性のよい◦— イオンを発生させることができる。 さらに本発明によれば、酸素負イオンの発生装置の構成が簡略化でき、 また、 アルミナセメントの原材料は Y S Zに比べて安価であるので、 各種の応用に対し て低コストの酸素負ィォンの発生装置を提供することができる。

Claims

. 請 求 の 範 囲
1. アルミナセメントの一部に設けられた酸素が供給される酸素供給電極 部と該アルミナセメントから離隔配置された捕集電極部との間に電圧を印加して 、 上記ァルミナセメントから酸素負ィォンを発生させるようにした酸素負ィォン の発生方法であって、
上記アルミナセメントを加熱する段階と、
上記浦集電極部に上記アルミナセメントの酸素供給電極部よりも高い電圧を印 加する段階と、
上記アルミナセメントの酸素供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガス を含むガスを供給する段階と、 を含み、
アルミナセメントから酸素負イオンを発生させることを特徴とする、 酸素負ィ オンの発生方法。
2. 前記アルミナセメントが、 1 2 C aO_ 7 A 123 の組成を有し、 単位格子では、 〔C a24A 12864+· X4- (ここで、 Xは任意の原子または 分子である。 ) の構造を有することを特徴とする、 請求項 1に記載の酸素負ィォ ンの発生方法。
3. 前記アルミナセメントが、
〔Ca24A 1280644+ · 202—, 〔C a24A 128644 + 40- ,
CC a24A 128644 + 4〇2 - CC a24A 128644· 4H- ,
CC a24A 128644 + 4 H2 . 〔C a24A 128644·
〔C a24A 128644 + 4 OH" CC a 2 A 128〇64〕 4' 4 C 1 "
CC a24A 128644 + 4F— の何れか 1つの単位格子を有するアルミナセメ ント、 または、 これらの単位格子の混合物からなるアルミナセメントであること を特徴とする、 請求項 1に記載の酸素負ィォンの発生方法。
4. 前記アルミナセメントが、 650 °C以上に加熱されることを特徴とす る、請求項 1〜 3の何れかに記載の酸素負ィォンの発生方法。
5 . 前記捕集電極部と前記アルミナセメントの酸素供給電極部に印加され る電圧を、前記捕集電極部とアルミナセメントの酸素負イオン発生部との距離で 除した電界強度が、 1 0 O V/ c m以上となるようにしたことを特徴とする、請 求項 1〜 4の何れかに記載の酸素負ィォンの発生方法。
6 . アルミナセメントから酸素負ィォンを発生させるようにした酸素負ィ オンの発生装置であって、
容器と、
少なくとも一部が上記容器の中に配設されて酸素負ィォン発生部となるアルミ ナセメントと、
上記アルミナセメントをカロ熱するヒータ一と、
上記アルミナセメントの一部に形成されていて酸素を供給する酸素供給電極部 と、
上記アルミナセメントの酸素供給電極部に供給される酸素ガスまたは少なくと も酸素ガスを含むガスと、
上記アルミナセメントから離隔配置され上記容器内に設けられた酸素負イオン を引き出すための捕集電極部と、
上記捕集電極部へ上記アルミナセメントの酸素供給電極部よりも高電圧を印加 し得る電源と、 を備え、
上記アルミナセメントを加熱して、 上記捕集電極部に上記アルミナセメントの 酸素供給電極部よりも高い電圧を印加すると共に、上記アルミナセメントの酸素 供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスを供給することによ り、 上記筒状ァルミナセメントから酸素負ィォンを発生させることを特徴とする 、酸素負イオンの発生装置。
7 . アルミナセメントから酸素負ィォンを発生させるようにした酸素負ィ オンの発生装置であって、 容器と、
筒状の閉じた一端側を上記容器の中に配設した筒状のアルミナセメントと、 上記容器内のアルミナセメントの一端側の外表面に形成した酸素負イオン発生 部と、
上記筒状ァルミナセメントを加熱するヒータ一と、
上記筒状アルミナセメントの内表面の少なくとも一部に形成した酸素を供給す る酸素供給電極部と、
上記筒状アルミナセメントの酸素供給電極部に供給する酸素ガスまたは少なく とも酸素ガスを含むガスと、
上記筒状アルミナセメントから離隔配置され上記容器内に設けた酸素負イオン を引き出すための捕集電極部と、
上記捕集電極部へ上記筒状アルミナセメントの酸素供給電極部よりも高電圧を 印加し得る電源と、 を備え、
上記筒状アルミナセメントを加熱して、 上記捕集電極部に上記筒状アルミナセ メントの酸素供給電極部よりも高電圧を印加すると共に、 上記筒状アルミナセメ ントの酸素供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスを供給す ることにより、 上記筒状ァルミナセメントから酸素負ィオンを発生させることを 特徴とする、酸素負イオンの発生装置。
8 . アルミナセメントから酸素負ィォンを発生させるようにした酸素負ィ オンの発生装置であって、
容器と、
上記容器を貫通して配設した筒状のアルミナセメントと、
上記容器内の筒状アルミナセメントの外表面の少なくとも一部に形成した酸素 負イオン発生部と、
上記筒状アルミナセメントを加熱するヒーターと、
上記筒状アルミナセメントの内表面の少なくとも一部に形成された酸素を供給 する酸素供給電極部と、
上記筒状アルミナセメントの酸素供給電極部に供給する酸素ガスまたは少なく とも酸素ガスを含むガスと、
上記筒状アルミナセメントから離隔配置され上記容器内に設けた酸素負イオン を引き出すための捕集電極部と、
上記捕集電極部へ上記筒状アルミナセメントの酸素供給電極部よりも高電圧を 印加し得る電源と、 を備え、
上記筒状アルミナセメントを加熱して、 上記捕集電極部に上記筒状アルミナセ メントの酸素供給電極部よりも高い電圧を印加すると共に、 上記筒状アルミナセ メントの酸素供給電極部へ酸素ガスまたは少なくとも酸素ガスを含むガスを供給 することにより、 上記筒状ァルミナセメントから酸素負ィォンを発生させること を特徴とする、酸素負イオンの発生装置。
9. 前記アルミナセメントが、 12 C aO—7 A 123 の組成を有し、 単位格子では、 〔Ca24Al 2806 J 4+ - 4- (ここで、 Xは任意の原子または 分子である。 ) の構造を有することを特徴とする、 請求項 6〜8の何れかに記載 の酸素負イオンの発生装置。
10. 前記アルミナセメントが、
〔Ca24AI 286J 4+· 202 -, 〔C a24A 1280644 + 40— 〔Ca24Al28644+· 402一, 〔Ca24Al 28644 + 4H-
〔Ca24Al 28644 + 4 H2 - , CC a24A 128064i + 2H2- しし 〇 〕 4〇H-, 〔C a24A 1280644 + 4 C 1
CC a24A 128644 + F—の何れか 1つの単位格子を有するアルミナセメ ント、 または、 これらの単位格子の昆合物からなるアルミナセメントであること を特徴とする、請求項 9に記載の酸素負イオンの発生装置。
1 1. 前記アルミナセメントが、 65 Ot以上に力 IX熱されることを特徴と する、 請求項 6〜 8の何れかに記載の酸素負ィォンの発生装置。
1 2. 前記捕集電極部と前記アルミナセメントの酸素供給電極部に印加さ れる電圧を、 前記捕集電極部とアルミナセメントの酸素負イオン発生部との距離 で除した電界強度が、 1 0 0 V/ c m以上となるようにしたことを特徴とする、 請求項 6〜 8の何れかに記載の酸素負ィォンの発生装置。
1 3 . 前記容器が、 密閉容器であり、 その内部が所定の圧力の不活性ガス または真空状態に保持されることを特徴とする、請求項 6〜 8の何れかに記載の
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