WO2005001250A1 - プラズマ発生電極及びプラズマ反応器 - Google Patents

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plasma
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Yukio Miyairi
Yasumasa Fujioka
Masaaki Masuda
Takeshi Sakuma
Tatsuhiko Hatano
Yoshihiro Sato
Junichi Suzuki
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Ngk Insulators, Ltd.
Honda Motor Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma generation electrode and a plasma reactor. More specifically, the present invention relates to a plasma generating electrode and a plasma reactor capable of generating uniform and stable plasma and having excellent heat resistance.
  • Silent discharge is generated by placing a dielectric between two electrodes and applying a high-voltage alternating current or periodic pulse voltage, and active species, radicals, and ions are generated in a plasma field generated by the discharge. It is known that it promotes the reaction and decomposition of gases, which can be used to remove harmful components contained in engine exhaust gas and various incinerator exhaust gases.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has high uniformity and low productivity.
  • a plasma generating electrode and a plasma reactor which can generate a constant plasma and have excellent heat resistance.
  • the present invention provides the following plasma generating electrode and plasma reactor.
  • a plasma generating electrode which has at least a pair of unit electrodes arranged at predetermined intervals and is capable of generating a plasma by applying a voltage between these unit electrodes.
  • Each of the pair of unit electrodes is formed of a plate-shaped ceramic body serving as a dielectric and a conductive film disposed inside the ceramic body, and is disposed on one surface of each of the unit electrodes in a predetermined pattern.
  • the pair of unit electrodes (upper unit electrode and lower unit electrode) are formed in a state where a plurality of spaces having both ends opened in the direction in which the ridges are formed are formed by the front surface and the back surface of the other unit electrode (upper unit electrode).
  • Side unit electrode) t Thickness of the ridge Are stacked hierarchically with an interval corresponding to the following, and constitute one basic unit. Further, a plurality of the basic units are stacked in a hierarchical manner and correspond to the thickness of the ridge.
  • the unit electrodes are three-dimensionally arranged.
  • a plasma generation electrode capable of generating plasma in the space.
  • the outer shape of the protrusion is substantially the same as the basic unit electrode, the thickness is the same as the protrusion, and one side parallel to the direction in which the protrusion is disposed is equal to or longer than the length of the protrusion.
  • the basic unit is moved upward from an area other than the area where the ridges are provided on the upper surface.
  • the first conductive through-hole and the second conductive through-hole which penetrate in the vertical direction while being in contact with at least a part of at least a part of the conductive film disposed on the side unit electrode and the lower unit electrode, respectively.
  • the plasma generating electrode according to the above [1] or [2], which is electrically conductive.
  • a conductive film (the first conductive film having a through-hole and the second conductive film provided on the inner wall of each of the first through-hole for conduction and the second through-hole for conduction)
  • the conductive films provided on the upper unit electrode and the lower unit electrode constituting the basic unit may be provided at both ends of the basic unit in a direction perpendicular to a direction in which the protrusions are provided. Parts, and the basic unit has conductive films (first and second end surface conductive films) disposed on end surfaces on respective sides of the both end portions. The first end conductive film and the second end conductive film are brought into contact with the conductive films disposed on the upper unit electrode and the lower unit electrode, respectively, thereby forming the basic unit.
  • the plasma generating electrode according to [1] or [2], wherein electrical conduction from the upper surface to the lower surface is enabled.
  • the distance between the adjacent ridges is not less than 0.2 times and not more than 20 times the interval corresponding to the thickness of the ridges.
  • a plasma generating electrode according to [10] A plasma generation electrode according to any one of [1] to [9], wherein the plasma generation electrode is three-dimensionally arranged between a plurality of the unit electrodes constituting the plasma generation electrode (electrode unit).
  • a plasma reactor capable of reacting the predetermined component in the gas with the plasma generated in the space when a gas containing the predetermined component is introduced into the arranged space.
  • each of the pair of unit electrodes includes a plate-shaped ceramic body serving as a dielectric and the ceramic body. Since it is formed from the conductive film disposed inside the substrate, uniform and stable plasma can be generated.
  • a plurality of basic units composed of a pair of unit electrodes are layered in a hierarchical manner to form an electrode unit, which is used as a plasma generating electrode, even if thermal stress is generated, the basic unit is not connected between the basic units. Distortion can be reduced, and a plasma generating electrode with excellent heat resistance can be obtained.
  • the ridges are arranged between the unit electrodes in a predetermined pattern, the slackness and the like are reduced by supporting the unit electrodes by the ridges, and the unit electrodes are maintained in a planar shape by maintaining the planar shape of the unit electrodes. The distance between them is constant (over the entire surface), and the plasma becomes uniform. Furthermore, since the ridges are provided between the unit electrodes, the creeping discharge generated at the portion where the ridges and the unit electrodes come into contact (the corners of the ridges) reduces the space formed between the ridges. Spreading and low energy injection make it possible to transition to a uniform barrier discharge between each unit electrode.
  • the plasma generating electrode of the present embodiment can be manufactured by previously manufacturing a basic unit and laminating the basic unit, so that assembling of parts does not become complicated and productivity can be improved.
  • the plasma reactor of the present invention since a plasma reactor having such a plasma generating electrode is used, it is possible to generate uniform and stable plasma with excellent productivity, Excellent heat resistance can be obtained.
  • FIG. 1 (a) schematically shows a basic unit constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention, and shows a direction in which ridges are arranged.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to FIG.
  • FIG. 1 (b) is a perspective view of the basic unit shown in FIG. 1 (a).
  • FIG. 2 (a) schematically shows a unit electrode constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention, and shows a plane perpendicular to the arrangement direction of the ridges. It is sectional drawing cut
  • FIG. 2 (b) is a perspective view of the unit electrode shown in FIG. 2 (a).
  • FIG. 2 (c) is a plan view showing a conductive film constituting the unit electrode shown in FIG. 2 (a).
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing a plasma generating electrode of the present invention.
  • FIG. 4 schematically shows a basic unit constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention, and is a cross-sectional view cut along a plane perpendicular to the direction in which the ridges are arranged. is there
  • FIG. 5 (a) schematically shows a basic unit constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention, in which the basic unit is parallel to the unit electrode. It is a side view seen from the direction perpendicular to the ridge.
  • FIG. 5 (b) is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 5 (a).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the plasma generating electrode of the present embodiment cut along a plane perpendicular to the direction in which the ridges are provided.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing a process for manufacturing one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing a ridge-arranged ceramic body constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing a ceramic body provided with a conductive film, which constitutes one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention.
  • FIG. 10 (a) schematically shows one embodiment of the plasma reactor of the present invention, and is a plane perpendicular to the unit electrode including the direction in which the fluid to be processed passes.
  • FIG. 10 (a) schematically shows one embodiment of the plasma reactor of the present invention, and is a plane perpendicular to the unit electrode including the direction in which the fluid to be processed passes.
  • FIG. 10 (b) is a sectional view taken along a line ⁇ _ ⁇ ′ of FIG. 10 (a).
  • FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b) schematically show a basic unit constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the direction in which the ridges are provided, and FIG. 1B is a perspective view.
  • FIGS. 2 (a), 2 (b), and 2 (c) schematically show a unit electrode constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention. Is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the direction in which the ridges are arranged, FIG. 2 (b) is a perspective view, and FIG. 2 (c) is a plan view showing a conductive film constituting a unit electrode. is there.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the plasma generating electrode of the present invention.
  • the plasma generation electrode 100 of the present embodiment has a basic unit 1 (FIG. 1) composed of a pair of unit electrodes 2 (see FIGS. 2 (a) and 2 (b)). (a) and Fig. 1 (b)) are hierarchically stacked in three layers. As a result, the plasma generating electrode 100 has three pairs of unit electrodes 2 (see FIGS. 2 (a) and 2 (b)) spaced at a predetermined interval (an interval corresponding to the thickness of the ridge 13). By applying a voltage between these unit electrodes 2 (see FIGS. 2 (a) and 2 (b)), plasma can be generated.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) By applying a voltage between these unit electrodes 2 (see FIGS. 2 (a) and 2 (b)), plasma can be generated.
  • a basic unit 1 constituting the plasma generating electrode 100 shown in FIG. 3 includes a pair of unit electrodes 2 (an upper unit electrode 2a and a lower unit electrode 2a). 2b) is hierarchically stacked at an interval corresponding to the thickness of the ridge 13.
  • each of the pair of unit electrodes 2 has a plate-shaped ceramic body 19 serving as a dielectric and a conductive body disposed inside the ceramic body 19.
  • a plurality of ridges 13 of a predetermined thickness (thickness of ridges) H arranged in a predetermined pattern on each one surface (one surface of the unit electrode) 3 are formed from the film 12. .
  • the “predetermined pattern” refers to a state in which the ridges 13 are arranged at substantially equal intervals and substantially parallel to each other. Then, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), one surface (one surface of the unit electrode) of one unit electrode (lower unit electrode) 2b of the pair of unit electrodes 2 3 and the surface of the ridge 13 (the front surface of the ridge) 14 and the back surface of the other unit electrode (upper unit electrode) 2a (the back surface of the unit electrode) 4 Arrangement direction (projection line arrangement direction) With a plurality of spaces V open at both ends of D, a pair of unit electrodes (upper unit electrode 2a and lower unit electrode 2a) are formed.
  • the ridge 13 serves as a wall that partitions a space formed between the upper unit electrode 2a and the lower unit electrode 2b into a plurality of spaces V, and the ridge 13 further forms the upper unit electrode 2a and the lower unit electrode 2a.
  • the unit electrodes 2b are supported, so that each unit electrode is hardly deformed.
  • the plasma generating electrode 100 of the present embodiment includes a plurality (three in FIG. 3) of the basic units 1 that are hierarchically stacked, and the thickness H
  • the electrode unit 5 is composed of an electrode unit 5 in which the unit electrodes 2 and the space V are arranged three-dimensionally, and a voltage is applied between the unit electrodes 2 constituting the electrode unit 5 to form a three-dimensional arrangement. Plasma can be generated in the space V.
  • each of the pair of unit electrodes (the upper unit electrode and the lower unit electrode) is formed of a plate-shaped ceramic body serving as a dielectric and a conductive film provided inside the ceramic body. Therefore, a plasma generating electrode capable of generating uniform and stable plasma is obtained.
  • a plurality of basic units composed of a pair of unit electrodes are layered in a hierarchical manner to form an electrode unit, which is used as a plasma generating electrode, even if thermal stress occurs, distortion occurs between the basic units. It is a plasma generating electrode that can be relaxed and has excellent heat resistance.
  • each unit electrode is supported by the ridges to reduce deformation such as slack, and each plate-like unit electrode is placed on its flat surface.
  • the distance between adjacent unit electrodes becomes substantially constant over the entire surface, and the plasma becomes more uniform.
  • the ridge plays the role of a support pillar that supports each unit electrode.
  • ridges are provided between each unit electrode, creeping discharge that occurs near the surface of the unit electrode generated at the corner of the ridge expands the space formed between the ridges, resulting in low energy injection.
  • the plasma generation electrode of the present embodiment can be manufactured by previously manufacturing a basic unit and laminating the basic units, so that assembling of parts does not become complicated and productivity can be improved. .
  • the thickness of the conductive film 12 constituting the unit electrode 2 shown in FIG. In order to reduce the size and reduce the resistance of the fluid to be treated passing between the pair of unit electrodes 2 when treating exhaust gas, etc., the thickness is preferably 0.001 to 0.1 mm. It is preferable that the distance is 0.01 mm to 0.05 mm.
  • the conductive film 12 used in the present embodiment preferably contains a metal having excellent conductivity as a main component.
  • the main component of the conductive film 12 is tungsten or molybdenum.
  • Preferred examples include at least one metal selected from the group consisting of manganese, chromium, titanium, zirconium, nickel, iron, silver, copper, platinum, and palladium.
  • the main component means a component that accounts for 60% by mass or more of the component.
  • the conductive film 12 contains two or more kinds of metals from the above-mentioned groups as main components, the sum of these metals should account for 60% by mass or more of the components.
  • the conductive film 12 is preferably applied and disposed on a tape-shaped ceramic molded body 11. Suitable examples include, for example, screen printing, calendar roll, spray, electrostatic coating, dip, knife coater, chemical vapor deposition, physical vapor deposition and the like. According to such a method, it is possible to easily form the thin conductive film 12 having excellent surface smoothness after coating.
  • the metal powder mentioned as a main component of the conductive film 12, an organic binder, and a solvent such as terbineol are mixed. It can be formed by forming a conductive paste and applying it to the tape-shaped ceramic molded body 11 by the method described above. Further, an additive may be added to the above-described conductor paste as needed to improve the adhesiveness and sinterability with the tape-shaped ceramic molded body 11.
  • the ceramic body 19 By adding the same component as the ceramic body 19 to the metal component of the conductive film 12, it is possible to improve the adhesion between the conductive film 12 and the ceramic body 19. Further, a glass component can be added to the ceramic component added to the metal component. By adding the glass component, the sinterability of the conductive film 12 is improved, and the denseness is improved in addition to the adhesion.
  • the sum of the components of the ceramic body 19 other than the metal components and the Z or glass components is preferably 30% by mass or less. If it exceeds 30% by mass, the resistance value may decrease, and the function as the conductive film 12 may not be obtained.
  • the plate-shaped ceramic body 19 (tape-shaped ceramic molded body 11) constituting the unit electrode 2 has a function as a dielectric as described above, and the conductive film 12 has a plate-like shape.
  • biased discharge such as sparks is reduced and small discharges are generated at a plurality of locations, compared to the case where the conductive film 12 is used alone for discharge. Can be created.
  • Such a plurality of small discharges can reduce power consumption because a smaller amount of current flows than a discharge such as a spark, and furthermore, a current flowing between the unit electrodes 2 due to the presence of the dielectric. Therefore, non-thermal plasma with low energy consumption without temperature rise can be generated.
  • At least one of the unit electrodes 2 constituting the basic unit 1 has a plate-like ceramic body 19 serving as a dielectric, and FIG. 2 (c) disposed inside the plate-like ceramic body 19. And a conductive film 12 in which a plurality of conductive film through holes 12a having a cross section cut in a plane perpendicular to the film thickness direction and partially including an arc are formed.
  • the cross-sectional shape of the conductive film through-hole 12a may not include an arc.
  • the size of the conductive film through-holes 12a described above is not particularly limited.
  • the diameter of each conductive film through-hole 12a is preferably 0.5 to 10 mm.
  • the electric field concentration on the outer periphery of the conductive film through-hole 12a becomes a suitable condition for the discharge, and the discharge can be favorably performed even if the voltage applied between the pair of unit electrodes 2 is not so high. You can get started. If the diameter of the conductive film through hole 12a is less than 0.5 mm, the size of the conductive film through hole 12a becomes too small, and the discharge generated on the outer periphery of the conductive film through hole 12a starts at the above-described point.
  • the state may be similar to that of a localized discharge, and a non-uniform plasma may be generated. Further, when the diameter of the conductive film through hole 12a exceeds 10 mm, discharge is unlikely to occur inside the conductive film through hole 12a, so that the density of plasma generated between the pair of unit electrodes 2 may be reduced.
  • the conductive film through-holes 12a be arranged regularly.
  • the distance between the centers of the P-contacts is determined according to the diameter of the conductive film through-hole 12a. Appropriately determine the length so that uniform and high-density plasma can be generated.
  • the distance be defined, but it is not particularly limited, but it is preferable that the distance between the centers of adjacent ones is 11 to 20 mm.
  • the conductive film through-hole 12a is formed such that the outer peripheral length of the conductive film through-hole 12a per unit area becomes long.
  • the length of the region where the electric field is non-uniform per unit area that is, the length of the outer periphery serving as the starting point of plasma generation can be increased, and many discharges occur per unit area.
  • the specific length (mmZ (mm) 2 ) of the outer periphery of the conductive film through-hole 12a per unit area can be appropriately set depending on the intensity of the generated plasma and the like. In this case, it is preferable that the ratio is 0.05-1.7 mm / (mm) 2 .
  • the length of the outer periphery of the conductive film through-hole 12a per unit area is smaller than 0.05, local discharge occurs, and a stable discharge space may be obtained. If it is larger than 1.7, the resistance value of the conductive film may increase and the discharge efficiency may decrease.
  • the area per unit area of the conductive film having the conductive film through-holes 12a is 0.1-0.98 (mm) 2 / (mm) 2 . preferable. If it is less than 0.1, the capacitance of the dielectric electrode is too small, and it is difficult to obtain the discharge required for exhaust gas purification. If it is larger than 0.98, a uniform discharge effect due to the conductive film through hole is obtained, and local discharge may easily occur.
  • the plate-shaped ceramic body 19 (tape-shaped ceramic molded body 11) preferably includes a material having a high dielectric constant as a main component.
  • a material having a high dielectric constant for example, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, cordierite, mullite, Titanium-barium oxides, magnesium-calcium-titanium oxides, barium-titanium-zinc oxides, silicon nitride, aluminum nitride, and the like can be preferably used.
  • a material with excellent thermal shock resistance as the main component, it becomes possible to operate the plasma generating electrode even under high temperature conditions.
  • LT low-temperature fired substrate material obtained by adding a glass component to aluminum oxide (Al 2 O 3)
  • Copper metallization can be used as conductor for CC). Since copper metallization is used, an electrode having a low resistance and a high discharge efficiency is manufactured, and the size of the electrode can be reduced. And the design which avoided the thermal stress is attained, and the problem of low strength is solved. Barium titanate, magnesium-calcium-titanium oxide, barium-titanium-zinc oxide When an electrode is made of a material with a high dielectric constant, such as an object, the size of the electrode can be reduced because of the high discharge efficiency, and a structure design that can reduce the occurrence of thermal stress due to high thermal expansion is possible. .
  • the thickness of the tape-shaped ceramic molded body 11 when the plate-shaped ceramic body 19 is formed of the tape-shaped ceramic molded body 11 is not particularly limited, but is not limited to 0.1. Les, which is preferably one 3 mm. If the thickness force of the tape-shaped ceramic molded body 11 is less than 0.1 mm, electrical insulation between a pair of adjacent unit electrodes 2 may not be secured. Further, when the thickness of the tape-shaped ceramic molded body 11 exceeds 3 mm, the thickness exceeds the thickness required as a dielectric and may hinder space saving.
  • a ceramic green sheet for a ceramic substrate can be suitably used as the tape-shaped ceramic molded body 11.
  • the ceramic green sheet is formed by shaping a slurry or paste for producing a green sheet into a predetermined thickness according to a conventionally known method such as a doctor blade method, a calendar method, a printing method, a reverse roll coater method, or the like. Can be formed.
  • the ceramic green sheets formed in this manner are subjected to processing such as cutting, cutting, punching, forming of communication holes, etc., or are integrally laminated by heat bonding in a state where a plurality of green sheets are laminated. It may be used as an object.
  • the slurry or paste for producing the green sheet described above is preferably prepared by mixing a predetermined ceramic powder with an appropriate binder, a sintering aid, a plasticizer, a dispersant, an organic solvent, and the like.
  • a predetermined ceramic powder powders of alumina, mullite, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, ceramic glass, glass and the like can be mentioned as preferred examples.
  • silicon oxide, magnesium oxide, calcium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, and the like can be mentioned as preferred examples of the sintering aid.
  • the sintering aid is preferably added in an amount of 3 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the ceramic powder.
  • the plasticizer, dispersant and organic solvent conventionally used plasticizers, dispersants and organic solvents can be suitably used.
  • the porosity of the plate-shaped ceramic body 19 is preferably 0.1 to 3%, more preferably 0.1 to 10%. .
  • This configuration As a result, it is possible to efficiently generate plasma between the upper unit electrode 2a and the lower unit electrode 2b having the plate-shaped ceramic body 19 (tape-shaped ceramic molded body 11), thereby saving energy. Can be realized.
  • the unit electrode 2 has the conductive film 12 provided on the surface of the tape-shaped ceramic molded body 11, and the conductive film 12 is further placed on the conductive film 12 with two tape-shaped ceramic molded bodies 11. It is preferably formed by disposing a tape-shaped ceramic molded body 11 so as to sandwich it.
  • the ridge 13 provided on one surface of the unit electrode 2 is made of the same material as the plate-shaped ceramic body 19.
  • the thickness H of the ridges is preferably 0.1 to 3 mm, and the distance L between adjacent ridges 13 is preferably 1 to 50 mm.
  • the ridge 13 and the unit electrode 2 are made of a material having the same dielectric constant and the basic units 1 are stacked and fired integrally, the energy efficiency is improved.
  • the width W of the ridge 13 is preferably 0.1 to 5 mm. Thereby, uniform plasma can be generated more efficiently in the space V, and when exhaust gas or the like flows into the space V, it can be caused to flow with low resistance.
  • the basic unit 1 in order to conduct electricity to the basic unit 1, the basic unit 1 is provided with ridges on its upper surface (the upper surface of the basic unit) 6. Area other than area A (area other than the area where the ridges are provided) B penetrates the conductive film 12 provided on the upper unit electrode 2a and the lower unit electrode 2b from B and contacts the conductive film 12 in the vertical direction A first through-hole 15 for conduction and a second through-hole 16 for conduction (hereinafter, may be simply referred to as “through-holes 15 and 16 for conduction”) penetrating through the inside.
  • the first through-holes 15 for conduction and the second through-holes 16 for conduction are for ensuring conduction between the conductive films 12 of the respective unit electrodes 2 constituting the basic unit 1, and It is a through hole penetrating at least the ceramic body 19 covering the membrane 12.
  • the conductive through holes 15 and 16 may be through holes passing through the conductive film 12 together with the ceramic body 19 as long as they are in contact with the conductive film 12. It may not be penetrated.
  • the conduction through holes 15 and 16 are formed through the conductive film 12 together with the ceramic body 19. It is preferably a hole.
  • the basic unit 1 includes a conductive film (the first through-hole conductive film 17 and the second through-hole) provided on the inner wall of each of the first through-hole 15 for conduction and the second through-hole 16 for conduction.
  • the first through-hole conductive film 17 and the second through-hole conductive film 18 are in contact with the conductive films 12 disposed on the upper unit electrode 2a and the lower unit electrode 2b, respectively. By doing so, it is preferable to enable electrical conduction from the upper surface 6 of the basic unit to the lower surface 7 of the basic unit. It is preferable that the material, thickness, and the like of the first through-hole conductive film 17 and the second through-hole conductive film 18 are the same as those of the above-described conductive film 12.
  • the protective film strength is at least one type of metal film selected from the group consisting of nickel boron, nickel phosphorus, cobalt boron, cobalt phosphorus, chromium, iron, silver, silver-palladium, platinum, and gold. Is preferred.
  • a method for forming a dense metal film can be selected from electrolytic plating, electroless plating, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, melting plating, thermal spraying, and the like.
  • the conductive film 12 provided on each of the upper unit electrode 2a and the lower unit electrode 2b constituting the basic unit 1 is provided with the conductive film 12 of the basic unit 1 on which the ridge 13 is provided.
  • the direction perpendicular to the installation direction (the direction perpendicular to the ridge on the unit electrode 2) is extended to both ends of P, respectively, and the basic unit 1 is attached to the end face on each side of both ends.
  • the first end surface conductive film 21 and the second end surface conductive film 22 and the upper unit electrode 2a The electrical conduction from the upper surface 6 of the basic unit to the lower surface 7 of the basic unit may be enabled by making contact with the conductive film 12 disposed on the lower unit electrode 2b.
  • FIG. 4 schematically shows a basic unit constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention, and is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the arrangement direction of the ridges. .
  • the material, thickness, and the like of the first end surface conductive film 21 and the second end surface conductive film 22 are the same as those of the conductive film 12 described above. Further, it is preferable to provide a protective film on the surfaces of the conductive films 21 and 22.
  • the upper unit electrode 2a extends to one end in the P direction, and the unit electrode 2a
  • the lower unit electrode 2b is connected to the second one-side end conductive film 24 disposed so as to extend in a band shape in the vertical direction with respect to the unit electrode 2b at the one end of the basic unit 1 on the one side end. May be connected to the first one-side end surface conductive film 23 disposed so as to extend vertically in a strip shape, and the energization mechanism may be formed only at one end of the basic unit 1. . As shown in FIG.
  • the conductive film 12 of the upper unit electrode 2a is connected to the second one-side end surface conductive film 24, not connected to the first one-side end surface conductive film 23
  • the conductive film 12 of the electrode 2b is connected to the first one-side end conductive film 23 and is not connected to the second one-side end conductive film 24.
  • the first one-side end surface conductive film 23 and the second one-side end surface conductive film 24 both extend to both ends in the direction perpendicular to the unit electrode 2 of the basic unit 1 and are adjacent when the basic units 1 are stacked. It is preferable that each of the basic units 1 is connected to the first one-side end surface conductive film 23 and the second one-side end surface conductive film 24 to be conductive.
  • FIG. 5 schematically shows a basic unit constituting one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention
  • FIG. 5 (a) shows the basic unit 1 with respect to the unit electrode 2.
  • FIG. 5 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 5 (a).
  • the opening ratio shown below is more preferably 20% or more, more preferably 50% or more. If the opening ratio is less than 20%, when used in the exhaust gas system of an engine, the back pressure will increase, which may affect the engine performance.
  • the ratio of the opening refers to a part corresponding to the space V corresponding to the gas flow in the cross-section when the plasma generating electrode is cut along a plane perpendicular to the arranging direction of the protrusion. Is the ratio of "total area”.
  • the “entire space” refers to the entire region where the space V is formed in the cross section of the plasma generating electrode 100 shown in FIG. 6, and the region is defined by the upper end of the plasma generating electrode 100 in the height direction.
  • FIG. 6 shows the plasma generating electrode 100 of the present embodiment dropped in the direction in which the ridges are provided. It is sectional drawing at the time of cutting by a straight plane.
  • the thickness t of the unit electrode 2 shown in FIG. 6 is 0.1 times 1-5 of the interval between the unit electrodes 2 corresponding to the thickness H of the ridge 13. Prefer to be 0.2 times 1.2 times more preferable. If it is smaller than 0.1, the thickness of the unit electrode 2 is so small that dielectric breakdown may occur and uniform discharge may not be obtained. If it is larger than 5 times, the opening ratio will be less than 20%, which may affect engine performance.
  • the width W of the ridge 13 shown in Fig. 6 is preferably 0.1 to 5 times the interval corresponding to the thickness H of the ridge. It is more preferable that it is 0.2 times 1 times 2 times.
  • the width W of the ridge is smaller than 0.1 times, the strength reliability of the plasma generating electrode 100 as a structure may be reduced. If it is larger than 5 times, the capacitance of the ridge 13 increases, the energy entering the space V decreases, and it becomes impossible to obtain highly efficient plasma.
  • the distance between the adjacent ridges 13 is L force S and the distance corresponding to the ridge thickness H is 0.2 to 20 times 0.5 to 10 times. More preferably, there is. If it is less than 0.2 times, the opening ratio becomes small, and when used in an exhaust gas system of an engine, it has the power S to deteriorate the engine performance. If it is larger than 20 times, the interval between the adjacent ridges 13 is widened, so that it may be difficult to efficiently transfer the surface discharge to the barrier discharge. In this case, in order to obtain a uniform discharge, More energy injection may be required.
  • a ceramic green sheet to be the above-mentioned ceramic molded body is formed.
  • at least one material selected from the group consisting of alumina, mullite, zirconia, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, ceramic glass, and glass is added to the above-mentioned sintering aid, butyral-based resin, cellulose-based resin, and the like.
  • a binder, a plasticizer such as DOP or DBP, an organic solvent such as toluene or butadiene, etc. are squeezed and thoroughly mixed using an alumina pot and alumina cobblestone to produce a slurry for green sheet production.
  • these materials may be manufactured by mixing with a ball mill using a monoball.
  • the obtained slurry for producing a green sheet is stirred under reduced pressure to remove bubbles, and further adjusted to have a predetermined viscosity.
  • the slurry for green sheet production adjusted in this way One is formed into a tape by a tape forming method such as a doctor blade method to form an unfired ceramic formed body.
  • a conductor paste for forming a conductive film disposed on one surface of the obtained unfired ceramic molded body is formed.
  • This conductor paste can be formed by, for example, kneading a binder and a solvent such as terpineol into silver powder and sufficiently kneading the mixture using a triroll mill.
  • the conductive paste thus formed is printed on the surface of the unfired ceramic molded body using screen printing or the like to form a conductive film having a predetermined shape.
  • An unfired ceramic molded body 31 is produced.
  • the conductive film covers almost the entire center of the surface of the unfired ceramic molded body, and the width direction (the above-mentioned one direction) is near both ends on the side having no cutting allowance C. It is arranged in a square shape at the center of the box. Then, one of the rectangular conductive films is formed continuously with the conductive film covering almost the whole centering on the center.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing a process of manufacturing one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention.
  • the above-described unfired ceramic formed body 31 provided with the conductive film is provided on the surface of the unfired ceramic formed body 31 provided with the conductive film, on the side where the conductive film is provided.
  • An unfired ceramic formed body 32 having only the square conductive film at both ends is provided by the same method as the manufactured method, and the conductive film is sandwiched between two unfired ceramic formed bodies.
  • An electrode 33 is formed.
  • the outer shape of the unfired ceramic formed body 32 is substantially the same as the outer shape of the unfired ceramic formed body 31 provided with the conductive film.
  • the obtained basic unit electrode 33 has a cutting margin C to be cut and removed later.
  • the outer shape is almost the same as that of the basic unit electrode 33, and the thickness force S and the basic unit 1 (FIG. 1 (a), as shown in Fig. 1 (b)), the thickness of the ridge 13 (see Fig. 1 (a), Fig. 1 (b)) and the direction in which the ridges are arranged
  • the side parallel to the ridge 13 is slightly longer than the length of the ridge 13 (see FIGS. 1 (a) and 1 (b)) and the side perpendicular to the direction in which the ridge 13 is arranged is the ridge 13 (FIG. 1 (a), (See Fig.
  • a plate-shaped ridge forming frame 35 is formed in which a plurality of through holes 34 having one shape are formed.
  • the ridge forming frame 35 is cut into a predetermined shape by knife cutting.
  • a rectangular conductive film is disposed at a position of the unit electrode 33 of the ridge forming frame 35 overlapping the rectangular conductive film.
  • These square conductive films formed at both ends need not be square, but may be circular, elliptical, polygonal, or other irregular shapes.
  • One side of the above-described through hole 34 parallel to the direction in which the ridges are arranged may be the same as the length of the ridges 13 (see FIGS. 1 (a) and 1 (b)).
  • the ridge forming frame 35 has cutting margins C at both ends perpendicular to the direction in which the ridges of the through holes 34 are arranged.
  • the conduction through-hole (first The through hole 36 for conduction and the second through hole 37) for conduction are formed.
  • the same unit electrode 33 provided with the ridge forming frame 35 obtained as described above was manufactured, and as shown in FIG. 7, the conductive film was not provided.
  • the basic unit electrodes 33 provided with the two ridge forming frames 35 are stacked so that the electrode terminals 38 of the fired ceramic formed body 31 face the opposite sides. As a result, a basic unit before firing having a cutting allowance C is formed.
  • the unfired ceramic formed body 31 provided with the conductive film is disposed so that the electrode terminals 38 face the opposite sides.
  • the green ceramic body 31 provided with the conductive film may be provided so as to face the surface.
  • the unfired basic units having the cutting allowance C are laminated, for example, in three stages to form an unfired electrode unit having the cutting allowance C.
  • the number of stacked basic units is not limited to three, and any number of layers may be stacked according to the purpose.
  • the basic units before firing having the cutting allowance C are prepared in advance, and are laminated as necessary, so that when the plasma generating electrode is prepared by firing, the connection state between the basic units is formed.
  • the basic unit can be manufactured in advance, and can be manufactured by laminating the basic units, the assembly of components is not complicated, and the productivity can be improved.
  • each of the basic unit electrode 33 and the ridge forming frame 35 is cut and removed on a plane substantially perpendicular to the surface of the basic unit electrode 33.
  • both ends of the through hole 34 of the ridge forming frame 35 in the direction perpendicular to the direction in which the ridges are arranged are opened, and the basic unit 1 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) is opened.
  • a plurality of spaces V having both ends in the disposition direction D of the ridge 13 and the ridge 13 are formed to form the unit electrode 2 and the basic unit 1.
  • the range of the cutting allowance C of each of the basic unit electrode 33 and the ridge forming frame 35 is such that when the cutting allowance C is cut and removed, the ridge of the through hole 34 of the ridge forming frame 35 is removed. It is formed in such a range that both ends in the direction perpendicular to the disposing direction are open.
  • the obtained electrode unit before firing is fired, and a plurality of basic units 1 shown in FIG.
  • the electrode unit 5 in which the unit electrode 2 and the space V are three-dimensionally arranged is produced, and the force S for obtaining the plasma generating electrode 100 can be obtained.
  • both ends in the arrangement direction D of the unit electrode 2 and the ridge 13 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) are opened.
  • Plural space V force The outer shape of the unit electrode 33 (see Fig. 7) with the cutting allowance C (see Fig. 7) added to the outer shape of the unit electrode 2 has the outer shape of the unit electrode 33 (Fig. 7).
  • the thickness is the same as that of the ridge 13, and one side parallel to the direction of the ridge is the same as or longer than the length of the ridge 13.
  • a plate-shaped ridge forming frame 35 (see Fig. 7) having a plurality of through-holes 34 (see Fig.
  • the basic unit electrode 33 (see FIG. 7) and the ridge forming frame 35 (see FIG. 7) are placed at one end of the space V on one surface of the basic unit electrode 33 (see FIG. 7). Cut in a plane almost perpendicular to It is preferably formed by the following.
  • the plasma generation electrode of the present embodiment may be manufactured by another method described below.
  • a plurality of ridges 43 are disposed substantially parallel to a plate-shaped ceramic body 42, A ridge-arranged ceramic body 41 is formed by extrusion molding, and an end face conductive film 47 is provided on an end face portion. Then, a plate-like ceramic body 44 constituting the conductive film-provided ceramic body 46 shown in FIG. 9 is formed by extrusion molding.
  • Examples of the method of manufacturing the ridge-arranged ceramic body 41 and the plate-like ceramic body 44 include alumina, mullite, zirconia, cordierite, mullite, titanium-barium oxide, magnesium-calcium-titanium oxide, At least one material selected from the group consisting of barium-titanium-zinc oxide, silicon nitride, aluminum nitride, ceramic glass, and glass is added to a sintering aid, a molding aid such as methylcellulose, and a surfactant. The mixture is kneaded with an agent and water, and a rod-shaped shrink is obtained with a kneading machine. After extruding with a plunger-type extruder, the protrusion-arranged ceramic bodies 41 and 41 shown in FIG. 8 are obtained. The plate-shaped ceramic molded body 44 shown can be obtained.
  • the conductive film 45 is provided on the plate-like ceramic body 44 by printing, for example, by a screen printing method. It is preferable that the conditions such as the material of the conductive film 45, the method of disposing the conductive film 45 on the ceramic body 44, and the like are the same as those in the above-described method of manufacturing the plasma generating electrode of the present embodiment.
  • a paste having the same composition as that of the molding material is applied, and the ridge-arranged ceramic bodies 41 are stacked to form an integrated body.
  • the basic unit of can be obtained.
  • the basic unit is further coated with a paste having the same composition as the molding material, and is stacked and dried and fired to obtain an integrated electrode unit. It can be a plasma generating electrode. After drying the basic unit, it is coated with a paste having the same composition as the molded body, dried again, and fired to obtain an integrated laminated electrode unit.
  • FIGS. 10 (a) and 10 (b) schematically show one embodiment of the plasma reactor of the present invention
  • FIG. 10 (a) includes the direction in which the fluid to be treated passes, and the unit electrode.
  • FIG. 10 (b) is a cross-sectional view taken along a plane BB ′ perpendicular to the direction in which the fluid to be processed shown in FIG. 10 (a) passes.
  • a plasma reactor 51 according to the present embodiment has a plasma generating electrode according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. A generating electrode 100 ) is provided.
  • the plasma reactor 51 includes a plasma generation electrode 100 and a gas containing a predetermined component in a space V that is three-dimensionally arranged between a plurality of unit electrodes 2 that constitute the plasma generation electrode 100 (coated). And a case body 52 housed in a state in which the processing fluid can be introduced.
  • the case body 52 has an inlet 53 into which the fluid to be processed flows, and an outlet 54 from which the inflowing fluid passes between the unit electrodes 2 and flows out the processed fluid.
  • the plasma reactor 51 of the present embodiment includes the plasma generation electrode 100 shown in Fig. 3, uniform and stable plasma can be generated with low power.
  • the plasma reactor 51 of the present embodiment when the plasma generating electrode 100 is provided, in order to prevent breakage, an insulating and heat-resistant material is provided between the case body 52 and the plasma generating electrode 100. It is preferable to interpose a buffer material.
  • a buffer material In FIG. 10, for the sake of explanation, the force S indicating a state where the basic units 1 are stacked in three layers, and the number of the basic units 1 to be stacked are not limited thereto.
  • the material of the case body 52 used in the present embodiment is not particularly limited, but, for example, it has excellent conductivity, is lightweight and inexpensive, and has little deformation due to thermal expansion. , Preferably ferrite stainless steel.
  • the plasma reactor 51 configured as described above can be used, for example, installed in an exhaust system of an automobile.
  • the plasma reactor 51 generates exhaust gas in a space V formed between the unit electrodes 2.
  • harmful substances such as soot and nitrogen oxide, which are the above-mentioned predetermined components, contained in the exhaust gas can be reacted and discharged as harmless gas to the outside.
  • the plasma reactor of the present embodiment may further include a power supply for applying a voltage to the plasma generation electrode.
  • a power supply a conventionally known power supply can be used as long as it can supply electricity that can effectively generate plasma.
  • the plasma reactor of the present embodiment may have a configuration in which a current is supplied from an external power source instead of the configuration including the power source as described above.
  • the current supplied to the plasma generation electrode used in the present embodiment can be appropriately selected and determined depending on the intensity of the generated plasma.
  • the current supplied to the plasma generating electrode is a DC current with a voltage of lkV or more, a peak voltage force of SlkV or more, and the number of pulses per second is 100.
  • the pulse current is a pulse current having the above (100 Hz or more), an AC current having a peak voltage of lkV or more and a frequency of 100 or more (100 Hz or more), or a current obtained by superposing any two of them. With such a configuration, it is possible to efficiently generate plasma.
  • a unit (six-stage electrode unit) in which six unit electrodes 2 (alumina dielectric electrodes) shown in Fig. 3 were stacked was fabricated.
  • the size of the first electrode was 50 x 100 x lmm
  • the inner conductive film (electrode) was printed with a tungsten paste of 40 x 80 mm wide and 10 / im thick.
  • conductive film through holes having a diameter of 3 mm and an interval of 5 mm were regularly arranged such that the centers of the through holes were located at the vertices of an equilateral triangle. Protrusions with a width of 2 mm and a height of lmm were provided at intervals of 18 mm.
  • Protrusions with a width of 8 mm and a height of lmm were provided at both ends of the electrode, and a through-hole for conduction with a diameter of 3 mm was made at the center.
  • a conductive film was formed inside the through hole for conduction with a tungsten paste and a nickel plating on the tungsten paste.
  • Ten six-stage electrode units with a thickness of 12mm are stacked, fixed with a metal frame, and the outer periphery is held by a heat insulating mat, and is loaded into a cylindrical metal container made of SUS430 to obtain a plasma reactor.
  • a plasma reactor was attached to a burner spalling apparatus, and a heating-cooling test (burner spalling test) between 100 ° C and 600 ° C was performed. After the 1000 cycle test, the six-stage electrode unit inside the metal container was observed, but no damage was observed.
  • the burner spalling device a device capable of alternately blowing a high-temperature combustion gas and a cooling gas from a gas burner to a plasma reactor was used.
  • Example 1 The plasma reactor of Example 1 was subjected to a 30 G, 200 Hz vibration test. After the test for 100 hours, no force S or breakage was observed when the internal 6-stage electrode unit was observed.
  • the structure of the one-stage unit electrode is the same as in Example 1.
  • An electrode unit was fabricated by stacking 60 sheets at an interval of lmm and firing as an integral unit in a cylindrical metal container made of SUS430. Charged to obtain a plasma reactor. The same burner spalling test as in Example 1 was performed. With one heating and cooling between 100_600 ° C, the electrode unit was damaged.
  • a sheet having regular ridges shown in FIG. 8 was produced by extrusion.
  • the thickness of the flat part is 0.25 mm after firing, the height of the ridges regularly arranged on the flat part is 0.75 mm after firing, and the width of the ridge is 0.5 mm after firing.
  • the ridge spacing was set to 5 mm after firing.
  • the ridges at both ends were set to have a width of 5 mm after firing, and the total length of the extruded sheet was 70 mm after firing.
  • the raw material used was 93% pure alumina. 5% of methyl cellulose as an extrusion molding aid, a surfactant and water were kneaded, kneaded and extruded.
  • the extruded sheet was cut to a width of 60 mm after firing in the longitudinal direction of the ridge, and the sheet was cut and calcined at 1100 ° C. in the atmosphere to obtain a ridge-arranged ceramic body having the shape shown in FIG.
  • a plate-like ceramic body shown in FIG. 9 was obtained. 0.25m thickness after firing A plate-like sheet having dimensions of 70 m and a width of 70 mm was extruded. After firing, it was cut to a width of 60 mm and calcined at 1100 ° C. in the air to obtain a plate-like ceramic body shown in FIG.
  • the conductive film after firing was printed on one side by a screen printing method with a thickness of 10 ⁇ m so as to have a size of 58 x 60 mm.
  • Five ceramic bodies provided with ridges and plate-like ceramic bodies on which a conductor film was printed were alternately stacked to obtain an integrated molded body. After printing the same conductive film on both sides, return N_H
  • a five-stage integrated electrode unit (plasma generating electrode) was obtained. After stacking the five-stage units in seven stages and fixing them with a metal frame, the outer periphery was held by a heat insulating mat and loaded into a cylindrical metal container made of S US430 to obtain a plasma reactor.
  • a pulse power supply using a thyristor element was connected to the plasma reactor, and discharge performance was evaluated.
  • a uniform barrier discharge was obtained at all stages by 80 mjZ pulse energy injection at 8 kV and 2 kpps.
  • the NO amount was 60 ppm at the latter stage of the power reactor at 200 ° C with the exhaust gas model gas containing N-200ppm flowing.
  • the plasma generating electrode and the plasma reactor of the present invention remove harmful components such as NO, carbon fine particles, HC, and CO contained in engine exhaust gas and various types of incinerator exhaust gas, and discharge them to the outside. Can be used to purify these waste gases. And because it can generate uniform and stable plasma, it is possible to efficiently remove harmful components of exhaust gas, and because of its excellent heat resistance, it can be used at high temperatures for a long time. is there.

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Abstract

　本発明のプラズマ発生電極は、一対の単位電極２のそれぞれが、板状のセラミック体１９と、前記セラミック体の内部に配設された導電膜１２から形成されるとともにそれぞれの一の表面に複数の突条１３を有し、その一対の単位電極２が、突条１３の配設方向の両端が開放された複数の空間を形成した状態で突条１３の厚さに相当する間隔を隔てて階層的に積層されて一つの基本ユニット１を構成し、さらに基本ユニット１の複数が、突条１３の厚さに相当する間隔を隔てて階層的に積層された電極ユニットを構成し、電極ユニットを構成する単位電極２間に電圧を印加することによって、立体的に配列された空間Ｖ内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極である。このため、均一かつ安定なプラズマを発生させることが可能であるとともに、耐熱性に優れている。

Description

明 細 書
プラズマ発生電極及びプラズマ反応器
技術分野
[0001] 本発明は、プラズマ発生電極及びプラズマ反応器に関する。さらに詳しくは、均一 かつ安定なプラズマを発生させることが可能であるとともに、耐熱性に優れたプラズ マ発生電極及びプラズマ反応器に関する。
^景技術
[0002] 二枚の電極間に誘電体を配置し高電圧の交流、あるいは周期パルス電圧をかける ことにより、無声放電が発生し、これによりできるプラズマ場では活性種、ラジカル、ィ オンが生成され、気体の反応、分解を促進することが知られており、これをエンジン排 気ガスや各種の焼却炉排気ガスに含まれる有害成分の除去に利用できることが知ら れている。
[0003] 例えば、エンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガスを、プラズマ場内を通過させる ことによって、このエンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガス中に含まれる、例えば 、 NO、カーボン微粒子、 HC、 CO等を処理する、プラズマ反応器等が開示されてい る（例えば、特開 2001—164925号公報参照）。
発明の開示
[0004] し力 ながら、プラズマをできるかぎり低電力で安定的に均一に発生させる構造を 採ろうとすると、プラズマ発生電極を構成する各電極（単位電極）間の距離を小さくす る必要があり、部品点数が多くなるとともに組み付けが煩雑となり生産性が低いという 問題があった。また、排ガスがプラズマ発生電極を通過するときの圧力損失を小さく しょうとすると、上記単位電極自体を薄くする必要があるが、薄くした単位電極は変形 しゃすいため単位電極の弛み等により単位電極間の距離が部分的に異なり、全体 的に一定とならないため、プラズマが不均一になるという問題があった。さらに、ブラ ズマ発生電極に熱応力が加わったときには、熱応力によりプラズマ発生電極が破損 することがあるという問題もあった。
[0005] 本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、生産性が高ぐ均一かつ安 定なプラズマを発生させることが可能であるとともに、耐熱性に優れたプラズマ発生 電極及びプラズマ反応器を提供する。
[0006] 上述の目的を達成するため、本発明は、以下のプラズマ発生電極及びプラズマ反 応器を提供するものである。
[0007] [1] 少なくとも一対の単位電極が所定間隔を隔てて配設されてなり、これらの単位 電極間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発 生電極であって、前記一対の単位電極のそれぞれが、誘電体となる板状のセラミック 体と、前記セラミック体の内部に配設された導電膜から形成されるとともに、それぞれ の一の表面に、所定パターンで配設された所定厚さの複数の突条を有し、前記一対 の単位電極のうちの一方の単位電極（下側単位電極）の、前記一の表面及びそこに 配設された前記突条の表面と、他方の単位電極（上側単位電極）の裏面とによって、 前記突条の配設方向の両端が開放された複数の空間を形成した状態で、前記一対 の単位電極（上側単位電極及び下側単位電極） t 前記突条の厚さに相当する間 隔を隔てて階層的に積層されて、一つの基本ユニットを構成し、さらに前記基本ュニ ットの複数が、階層的に積層されて、前記突条の厚さに相当する間隔を隔てるととも に、前記単位電極及び前記空間が立体的に配列された電極ユニットを構成し、前記 電極ユニットを構成する前記単位電極間に電圧を印加することによって、立体的に 配列された前記空間内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極。
[0008] [2] 前記単位電極及び前記突条の配設方向の両端が開放された前記複数の空間 力 前記単位電極の外形に切断代を加えた形状の原単位電極の一の表面側に、そ の外形が前記原単位電極とほぼ同一であるとともに厚さが前記突条と同一で、かつ 前記突条の配設方向と平行な一辺が前記突条の長さと同一又は長ぐ前記突条の 配設方向と垂直な一辺が前記突条の配設空間と同一の形状の複数の貫通孔が形 成された板状の突条形成用枠体を配設した状態で、前記原単位電極及び前記突条 形成用枠体を、前記空間の前記両端となる位置で、前記原単位電極の一の表面に 対しほぼ垂直な平面で切断することによって形成されてなる前記 [ 1]に記載のプラズ マ発生電極。
[0009] [3] 前記基本ユニットが、その上面の前記突条の配設領域以外の領域から前記上 側単位電極及び前記下側単位電極に配設された前記導電膜のレ、ずれかの少なくと も一部にそれぞれ接触した状態で上下方向に貫通する第一の導通用貫通孔及び第 二の導通用貫通孔を有してなり、前記第一の導通用貫通孔及び前記第二の導通用 貫通孔、並びに前記導電膜のそれぞれを経由して、前記基本ユニットの前記上面か ら下面までの電気的な導通が可能である前記 [1]又は [2]に記載のプラズマ発生電 極。
[0010] [4] 前記基本ユニットが、前記第一の導通用貫通孔及び前記第二の導通用貫通 孔のそれぞれの内壁に配設された導電膜 (第一の貫通孔導電膜及び第二の貫通孔 導電膜)を有してなり、前記第一の貫通孔導電膜及び前記第二の貫通孔導電膜と、 前記上側単位電極及び前記下側単位電極に配設された前記導電膜とがそれぞれ 接触することによって、前記基本ユニットの前記上面から下面までの電気的な導通を 可能としている前記 [3]に記載のプラズマ発生電極。
[0011] [5] 前記基本ユニットを構成する前記上側単位電極及び前記下側単位電極に配 設された前記導電膜が、前記基本ユニットの、前記突条の配設方向と垂直な方向の 両端部までそれぞれ延設されるとともに、前記基本ユニットが、前記両端部のそれぞ れの側の端面に配設された導電膜 (第一の端面導電膜及び第二の端面導電膜)を 有してなり、前記第一の端面導電膜及び前記第二の端面導電膜と、前記上側単位 電極及び前記下側単位電極に配設された前記導電膜とがそれぞれ接触することに よって、前記基本ユニットの前記上面から下面までの電気的な導通を可能としてレ、る 前記 [1]又は [2]に記載のプラズマ発生電極。
[0012] [6] 開口部割合力 S、 20%以上である前記 [1]一 [5]のいずれかに記載のプラズマ 発生電極。
[0013] [7] 前記単位電極の厚さが、前記突条の厚さに相当する間隔の 0. 1倍以上、 5倍 以下である前記 [1]一 [6]のレ、ずれかに記載のプラズマ発生電極。
[0014] [8] 前記突条の幅が、前記突条の厚さに相当する間隔の 0. 1倍以上、 5倍以下で ある前記 [ 1]一 [7]のレ、ずれかに記載のプラズマ発生電極。
[0015] [9] 隣り合う前記突条間の距離が、前記突条の厚さに相当する間隔の 0. 2倍以上 、 20倍以下である前記 [1]一 [8]のレ、ずれかに記載のプラズマ発生電極。 [0016] [10] 前記 [1]一 [9]のいずれかに記載のプラズマ発生電極を備えてなり、前記プ ラズマ発生電極（電極ユニット）を構成する複数の前記単位電極間に立体的に配列 された前記空間内に所定の成分を含有するガスが導入されたときに、前記空間内に 発生させたプラズマにより前記ガス中の前記所定の成分を反応させることが可能なプ ラズマ反応器。
[0017] このように、本発明のプラズマ発生電極によれば、一対の単位電極（上側単位電極 及び下側単位電極）のそれぞれが、誘電体となる板状のセラミック体と、前記セラミツ ク体の内部に配設された導電膜から形成されるため、均一かつ安定なプラズマを発 生させることが可能となる。また、一対の単位電極により構成される基本ユニットの複 数が、階層的に積層されて電極ユニットを構成し、それをプラズマ発生電極としたた め、熱応力が発生しても基本ユニット間で歪みを緩和することができ、耐熱性に優れ たプラズマ発生電極となる。さらに、各単位電極間に所定パターンで突条が配設され たため、各単位電極が突条により支えられることにより弛み等が小さくなり、各単位電 極の平面形状が維持されることにより単位電極間の距離が全体的に (全面に渡って） 一定となり、プラズマが均一となる。さらに、各単位電極間に突条が配設されているの で、突条と単位電極とが接触する部分 (突条角部）で発生した沿面放電が各突条間 に形成された空間を広がり、低いエネルギー注入で、各単位電極間の均一なバリア 放電に移行可能となる。そして、本実施の形態のプラズマ発生電極は、基本ユニット を予め作製しておき、それを積層させて作製することができるため、部品の組み付け も煩雑とならず生産性を向上させることができる。
[0018] さらに、本発明のプラズマ反応器によれば、このようなプラズマ発生電極を有するプ ラズマ反応器としたため、生産性に優れ、均一かつ安定なプラズマを発生させること が可能であるとともに、耐熱性に優れたものとすることができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1(a)]図 1 (a)は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する基本ュ ニットを模式的に示すものであり、突条の配設方向に垂直な平面で切断した断面図 である。
[図 1(b)]図 1 (b)は、図 1 (a)に示す基本ユニットの斜視図である。 [図 2(a)]図 2 (a)は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する単位 電極を模式的に示すものであり、突条の配設方向に垂直な平面で切断した断面図 である。
[図 2(b)]図 2 (b)は、図 2 (a)に示す単位電極の斜視図である。
[図 2(c)]図 2 (c)は、図 2 (a)に示す単位電極を構成する導電膜を示す平面図である。
[図 3]図 3は、本発明のプラズマ発生電極を模式的に示す斜視図である。
[図 4]図 4は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する基本ユニット を模式的に示すものであり、突条の配設方向に垂直な平面で切断した断面図である
[図 5(a)]図 5 (a)は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する基本ュ ニットを模式的に示すものであり、基本ユニットを単位電極に対して平行で突条に対 して垂直な方向からみた側面図である。
[図 5(b)]図 5 (b)は、図 5 (a)の A— A'断面図である。
[図 6]図 6は、本実施の形態のプラズマ発生電極を突条の配設方向に垂直な平面で 切断したときの断面図である。
[図 7]図 7は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を製造する過程を模式 的に示した斜視図である。
[図 8]図 8は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する突条配設セ ラミック体を模式的に示した斜視図である。
[図 9]図 9は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する導電膜配設 セラミック体を模式的に示した斜視図である。
[図 10(a)]図 10 (a)は、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態を模式的に示す ものであり、被処理流体が通過する方向を含み単位電極に垂直な平面で切断した断 面図である。
[図 10(b)]図 10 (b)は、図 10 (a)の Β_Β '断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して、本発明のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器の実施の 形態について詳細に説明する力 S、本発明は、これに限定されて解釈されるものでは なぐ本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の 変更、修正、改良を加え得るものである。
[0021] 図 1 (a)、図 1 (b)は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する基 本ユニットを模式的に示すものであり、図 1 (a)は、突条の配設方向に垂直な平面で 切断した断面図であり、図 1 (b)は、斜視図である。図 2 (a)、図 2 (b)、図 2 (c)は、本 発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する単位電極を模式的に示すも のであり、図 2 (a)は、突条の配設方向に垂直な平面で切断した断面図であり、図 2 ( b)は、斜視図であり、図 2 (c)は単位電極を構成する導電膜を示す平面図である。図 3は、本発明のプラズマ発生電極を模式的に示す斜視図である。
[0022] 本実施の形態のプラズマ発生電極 100は、図 3に示すように、一対の単位電極 2 ( 図 2 (a)、図 2 (b)参照）から構成される基本ユニット 1 (図 1 (a)、図 1 (b)参照）が階層 的に 3層積層されることにより構成されている。これにより、プラズマ発生電極 100は、 三対の単位電極 2 (図 2 (a)、図 2 (b)参照）が所定間隔 (突条 13の厚さに相当する間 隔）を隔てて配設されてなり、これらの単位電極 2 (図 2 (a)、図 2 (b)参照）間に電圧を 印加することによってプラズマを発生させることが可能となる。
[0023] 図 3に示すプラズマ発生電極 100を構成する基本ユニット 1は、図 1 (a)、図 1 (b)に 示すように、一対の単位電極 2 (上側単位電極 2a及び下側単位電極 2b)が突条 13 の厚さに相当する間隔を隔てて階層的に積層されて構成されている。一対の単位電 極 2のそれぞれは、図 2 (a)、図 2 (b)に示すように、誘電体となる板状のセラミック体 1 9と、セラミック体 19の内部に配設された導電膜 12から形成されるとともに、それぞれ の一の表面（単位電極の一の表面） 3に、所定パターンで配設された所定厚さ（突条 の厚さ） Hの複数の突条 13を有する。ここで、「所定パターン」とは、それぞれの突条 13が、互いに略等間隔でかつ略平行になるように並んでいる状態をいう。そして、図 1 (a)、図 1 (b)に示すように、一対の単位電極 2のうちの一方の単位電極（下側単位 電極） 2bの、一の表面（単位電極の一の表面） 3及びそこに配設された突条 13の表 面（突条の表面） 14と、他方の単位電極（上側単位電極） 2aの裏面（単位電極の裏 面) 4とによって、突条 13の配設方向（突条の配設方向） Dの両端が開放された複数 の空間 Vを形成した状態で、一対の単位電極（上側単位電極 2a及び下側単位電極 2b) 2が、突条の厚さ Hに相当する間隔を隔てて階層的に積層されて、一つの基本 ユニット 1を構成している。突条 13は、上側単位電極 2aと下側単位電極 2bとの間に 形成される空間を複数の空間 Vに仕切る壁の役割を果たし、さらに、突条 13により上 側単位電極 2a及び下側単位電極 2bが支えられて各単位電極が変形し難くなつてい る。
[0024] そして、本実施の形態のプラズマ発生電極 100は、図 3に示すように基本ユニット 1 の複数（図 3においては 3つ）が、階層的に積層されて、突条の厚さ Hに相当する間 隔を隔てるとともに、単位電極 2及び空間 Vが立体的に配列された電極ユニット 5から なり、電極ユニット 5を構成する単位電極 2間に電圧を印加することによって、立体的 に配列された空間 V内にプラズマを発生させることができる。
[0025] このように、一対の単位電極（上側単位電極及び下側単位電極）のそれぞれが誘 電体となる板状のセラミック体と、前記セラミック体の内部に配設された導電膜から形 成されるため、均一かつ安定なプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極 となる。また、一対の単位電極により構成される基本ユニットの複数が、階層的に積 層されて電極ユニットを構成し、それをプラズマ発生電極としたため、熱応力が発生 しても基本ユニット間で歪みを緩和することができ、耐熱性に優れたプラズマ発生電 極となる。
[0026] さらに、各単位電極間に所定パターンで突条が配設されたため、各単位電極が突 条により支えられることにより弛み等の変形が小さくなり、板状の各単位電極がその平 面形状を維持するこよにより、隣り合う単位電極間の距離が全面に渡ってほぼ一定と なり、プラズマがより均一になる。つまり、突条が各単位電極を支える支持柱の役割を 果たすことになる。さらに、各単位電極間に突条が配設されているので、突条角部で 発生した単位電極表面付近に広がる沿面放電が、各突条間に形成された空間を広 がり、低いエネルギー注入で、各単位電極間の均一なバリア放電に移行可能となる。 そして、本実施の形態のプラズマ発生電極は、基本ユニットを予め作製しておき、そ れを積層させて作製することができるため、部品の組み付けも煩雑とならず生産性を 向上させることができる。
[0027] 図 1に示す、単位電極 2を構成する導電膜 12の厚さとしては、プラズマ発生電極の 小型化、及び排ガス等を処理する場合に一対の単位電極 2間を通過させる被処理 流体の抵抗を低減させる等の理由から、 0. 001— 0. 1mmであることが好ましく、さら に、 0. 01—0. 05mmであることが好ましい。
[0028] また、本実施の形態に用レ、られる導電膜 12は、導電性に優れた金属を主成分とす ることが好ましぐ例えば、導電膜 12の主成分としては、タングステン、モリブデン、マ ンガン、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムか らなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を好適例として挙げることができる。なお 、本実施の形態において、主成分とは、成分の 60質量％以上を占めるものをいう。な お、導電膜 12が、上述した群のうち二種類以上の金属を主成分として含む場合には 、それら金属の総和が、成分の 60質量％以上を占めるものとする。
[0029] 図 2に示す単位電極 2において、導電膜 12は、テープ状のセラミック成形体 11に 塗工されて配設されたものであることが好ましぐ具体的な塗工の方法としては、例え ば、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ 、化学蒸着、又は物理蒸着等を好適例として挙げることができる。このような方法によ れば、塗工後の表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電膜 12を容易に形成する こと力 Sできる。
[0030] 導電膜 12をテープ状のセラミック成形体 11に塗工する際には、導電膜 12の主成 分として挙げた金属の粉末と、有機バインダと、テルビネオール等の溶剤とを混合し て導体ペーストを形成し、上述した方法でテープ状のセラミック成形体 11に塗工する ことで形成することができる。また、テープ状のセラミック成形体 11との密着性及び焼 結性を向上させるベぐ必要に応じて上述した導体ペーストに添加剤をカ卩えてもよい
[0031] 導電膜 12の金属成分にセラミック体 19と同じ成分を添加することにより、導電膜 12 とセラミック体 19との密着性を良くすることが可能となる。また、金属成分に添加する セラミック体成分にガラス成分をカ卩えることもできる。ガラス成分の添カ卩により、導電膜 12の焼結性を向上し、密着性に加え緻密性が向上する。金属成分以外のセラミック 体 19の成分及び Z又はガラス成分の総和は、 30質量％以下が好ましい。 30質量％ を超えると、抵抗値が下がり、導電膜 12としての機能が得られないことがある。 [0032] また、単位電極 2を構成する板状のセラミック体 19 (テープ状のセラミック成形体 11 )は、上述したように誘電体としての機能を有するものであり、導電膜 12が板状のセラ ミック体 19の内部に配設された状態で用いられることにより、導電膜 12単独で放電を 行う場合と比較して、スパーク等の片寄った放電を減少させ、小さな放電を複数の箇 所で生じさせることが可能となる。このような複数の小さな放電は、スパーク等の放電 に比して流れる電流が少ないために、消費電力を削減することができ、さらに、誘電 体が存在することにより、単位電極 2間に流れる電流が制限されて、温度上昇を伴わ ない消費エネルギーの少ないノンサーマルプラズマを発生させることができる。
[0033] 基本ユニット 1を構成する単位電極 2のうちの少なくとも一方力 誘電体となる板状 のセラミック体 19と、板状のセラミック体 19の内部に配設された、図 2 (c)に示すその 膜厚方向に貫通した膜厚方向に垂直な方向の平面で切断した断面の形状が一部に 円弧を含む形状の導電膜貫通孔 12aが複数形成された導電膜 12とを有してなること が好ましい。導電膜貫通孔 12aの断面形状は、円弧を含まなくてもよい。
[0034] このように、導電膜 12に、複数の導電膜貫通孔 12aを形成すると、さらに均一な放 電を、低電圧で得ることができるため、好ましい。
[0035] 上述した導電膜貫通孔 12aの大きさについては、特に限定されることはないが、例 えば、それぞれの導電膜貫通孔 12aの直径が 0. 5— 10mmであることが好ましい。こ のように構成することによって、導電膜貫通孔 12aの外周上での電界集中が、放電に 適した条件となり、一対の単位電極 2間に印加する電圧がさほど高くなくとも放電を良 好に開始させることができる。導電膜貫通孔 12aの直径が 0. 5mm未満であると、導 電膜貫通孔 12aの大きさが小さくなり過ぎて、導電膜貫通孔 12aの外周上に生ずる 放電が、上述した点を起点とした局所的な放電と似た状態となり、不均一なプラズマ が発生する恐れがある。また、導電膜貫通孔 12aの直径が 10mmを超えると、導電 膜貫通孔 12aの内部には放電が生じにくいため、一対の単位電極 2間に生じるブラ ズマの密度が低下する恐れがある。
[0036] また、本実施の形態においては、導電膜貫通孔 12aが規則的に配列されることが 好ましぐ P 接するそれぞれの中心間の距離は、導電膜貫通孔 12aの直径に応じて 、均一かつ高密度なプラズマを発生させることができるような長さとなるように適宜決 定されていることが好ましぐ例えば、特に限定されることはなレ、が、隣接するそれぞ れの中心間の距離が、 1一 20mmであることが好ましい。
[0037] また、この導電膜貫通孔 12aは、単位面積当りの導電膜貫通孔 12aの外周の長さ が長くなるように形成されていることが好ましい。このように構成することによって、単 位面積当りに電界不均一な領域の長さ、即ち、プラズマの発生起点となる外周の長 さを長くすることができ、単位面積当りに多くの放電を起こさせて高密度のプラズマを 発生させることができる。具体的な単位面積当りの導電膜貫通孔 12aの外周の長さ（ mmZ (mm) 2)としては、発生させるプラズマの強度等によって適宜設定することが できるが、例えば、 自動車の排気ガスを処理する場合には、 0. 05- 1. 7mm/ (m m) 2であることが好ましい。単位面積当りの導電膜貫通孔 12aの外周の長さが 0. 05 より小さいと局所的な放電が起こり、安定な放電空間が得に《なることがある。 1. 7よ り大きいと、導電膜の抵抗値が高くなり放電効率が低下することがある。
[0038] また、本実施の形態においては、導電膜貫通孔 12aを持つ導電膜の単位面積当り の面積は 0. 1 -0. 98 (mm) 2/ (mm) 2であること力 S、好ましい。 0. 1より小さいと誘 電体電極の静電容量が小さすぎて、排ガス浄化に必要な放電を得ることが難しくなる こと力 Sある。 0. 98より大きいと、導電膜貫通孔による均一な放電効果が得に《なり、 局所的な放電が起こりやすくなることがある。
[0039] 板状のセラミック体 19 (テープ状のセラミック成形体 11)は、誘電率の高い材料を主 成分とすることが好ましぐ例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化珪素、 コージエライト、ムライト、チタン一バリウム系酸化物、マグネシウム一カルシウム一チタン 系酸化物、バリウム一チタン一亜鉛系酸ィヒ物、窒化珪素、窒化アルミニウム等を好適 に用いることができる。耐熱衝撃性に優れた材料を主成分とすることによって、プラズ マ発生電極を高温条件下においても運用することが可能となる。
[0040] 例えば、酸化アルミニウム (Al O )にガラス成分を添加した低温焼成基板材料 (LT
2 3
CC)に導体として銅メタライズを用いることができる。銅メタライズを用いるため、抵抗 が低ぐ放電効率の高い電極が造られるため、電極の大きさが小さくできる。そして、 熱応力を回避した設計が可能となり、強度が低い問題が解消される。また、チタン酸 バリウム、マグネシウム—カルシウム—チタン系酸化物、バリウム—チタン—亜鉛系酸化 物等の誘電率の高い材料で電極を造る場合、放電効率が高いため、電極の大きさを 小さくできるため、熱膨張が高いことによる熱応力の発生を、小さくできる構造体設計 が可能である。
[0041] また、板状のセラミック体 19をテープ状のセラミック成形体 11で形成するときのテー プ状のセラミック成形体 11の厚さについては、特に限定されることはないが、 0. 1一 3 mmであることが好ましレ、。テープ状のセラミック成形体 11の厚さ力 0. 1mm未満で あると、隣接する一対の単位電極 2間の電気絶縁性を確保することができないことが ある。また、テープ状のセラミック成形体 11の厚さが 3mmを超えると、誘電体として必 要とされる厚さを超えて省スペース化の妨げになることがある。
[0042] テープ状のセラミック成形体 11は、セラミック基板用のセラミックグリーンシートを好 適に用いることができる。このセラミックグリーンシートは、グリーンシート製作用のスラ リー又はペーストを、ドクターブレード法、カレンダ一法、印刷法、リバースロールコー タ法等の従来公知の手法に従って、所定の厚さとなるように成形して形成することが できる。このようにして形成されたセラミックグリーンシートは、切断、切肖 ij、打ち抜き、 連通孔の形成等の加工を施したり、複数枚のグリーンシートを積層した状態で熱圧 着等によって一体的な積層物として用いてもよい。
[0043] 上述したグリーンシート製作用のスラリー又はペーストは、所定のセラミック粉末に 適当なバインダ、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して調製したものを 好適に用いることができ、例えば、このセラミック粉末としては、アルミナ、ムライト、コ ージヱライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、セラミックガラス、ガラス等の粉末を好適 例として挙げること力 Sできる。また、焼結助剤としては、アルミナの場合は、酸化ケィ素 、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等を好適例とし て挙げること力 Sできる。なお、焼結助剤は、セラミック粉末 100質量部に対して、 3-1 0質量部加えることが好ましい。可塑剤、分散剤及び有機溶媒については、従来公 知の方法に用レ、られている可塑剤、分散剤及び有機溶媒を好適に用レ、ることができ る。
[0044] また、板状のセラミック体 19 (テープ状のセラミック成形体 11)の気孔率力 0. 1-3 5%であることが好ましぐさらに 0. 1— 10%であることが好ましい。このように構成す ることによって、板状のセラミック体 19 (テープ状のセラミック成形体 11)を備えた上側 単位電極 2aと下側単位電極 2bとの間に効率よくプラズマを発生させることが可能と なり、省エネルギー化を実現することができる。
[0045] 単位電極 2は、上述のようにテープ状のセラミック成形体 11の表面に導電膜 12が 配設され、さらにその上から、二枚のテープ状のセラミック成形体 11で導電膜 12を挟 持するようにテープ状のセラミック成形体 11を配設して形成されたものであることが好 ましい。
[0046] 図 1 (a)、図 1 (b)において、単位電極 2の一の表面に配設される突条 13は、上記 板状のセラミック体 19と同様の材質であることが好ましい。そして突条の厚さ Hは 0. 1 一 3mmであることが好ましぐ隣り合う突条 13間の距離 Lは 1一 50mmが好ましい。 突条 13間の距離 Lが短いほど、各単位電極 2間の平行度が多少悪くても、沿面放電 力 バリア放電への移行が低いエネルギー注入で可能になる。特に、突条 13と単位 電極 2が同じ誘電率の素材で、基本ユニット 1を積層して一体に焼成された場合にェ ネルギー効率が良くなる。また、突条 13の幅 Wは 0. 1— 5mmが好ましい。これにより 、空間 V内に、より効率的に均一なプラズマを発生させることができるとともに、空間 V 内に、排ガス等を流入させたときに低抵抗で流動させることができる。
[0047] 図 1 (a)、図 1 (b)に示すように、基本ユニット 1に電気を導通させるため、基本ュニッ ト 1が、その上面（基本ユニットの上面） 6の突条の配設領域 A以外の領域 (突条の配 設領域以外の領域) Bから上側単位電極 2a及び下側単位電極 2bに配設された導電 膜 12を貫通し、導電膜 12に接触した状態で上下方向に貫通する第一の導通用貫 通孔 15及び第二の導通用貫通孔 16 (以下、単に、「導通用貫通孔 15, 16」というこ とがある）を有している。第一の導通用貫通孔 15及び第二の導通用貫通孔 16は、基 本ユニット 1を構成するそれぞれの単位電極 2の導電膜 12相互間における導通を確 保するためのものであり、導電膜 12を覆うセラミック体 19を少なくとも貫通する貫通孔 である。なお、この導通用貫通孔 15， 16は、導電膜 12に接触していればよぐセラミ ック体 19とともに導電膜 12を貫通する貫通孔であってもょレ、し、導電膜 12を貫通し ていないものであってもよい。なお、複数の導電膜 12に対しての導通を容易に行うた めには、導通用貫通孔 15， 16は、セラミック体 19とともに導電膜 12を貫通する貫通 孔であることが好ましい。そして、基本ユニット 1は、第一の導通用貫通孔 15及び第 二の導通用貫通孔 16のそれぞれの内壁に配設された導電膜 (第一の貫通孔導電 膜 17及び第二の貫通孔導電膜 18)を有し、第一の貫通孔導電膜 17及び第二の貫 通孔導電膜 18と、上側単位電極 2a及び下側単位電極 2bに配設された導電膜 12と がそれぞれ接触することによって、基本ユニットの上面 6から基本ユニットの下面 7ま での電気的な導通を可能とすることが好ましい。第一の貫通孔導電膜 17及び第二の 貫通孔導電膜 18の材質、厚さ等は、上述の導電膜 12と同様であることが好ましい。 また、導電膜 17及び 18には表面に保護膜を設けることが好ましい。そして、その保 護膜力 ニッケノレ一ホウ素、ニッケノレ一リン、コバルト一ホウ素、コバルト一リン、クロム、 鉄、銀、銀-パラジウム、白金、及び金からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属 膜であることが好ましい。緻密な金属膜を成膜する方法は、電解メツキ、無電解メツキ 、化学蒸着、物理蒸着、溶融メツキ、溶射等から選ぶことができる。
[0048] また、図 4に示すように、基本ユニット 1を構成する上側単位電極 2a及び下側単位 電極 2bのそれぞれに配設された導電膜 12が、基本ユニット 1の、突条 13の配設方 向と垂直な方向（単位電極 2上において突条に対して垂直な方向） Pの両端部までそ れぞれ延設されるとともに、基本ユニット 1が、両端部のそれぞれの側の端面に配設 された導電膜 (第一の端面導電膜 21及び第二の端面導電膜 22)を有し、第一の端 面導電膜 21及び第二の端面導電膜 22と、上側単位電極 2a及び下側単位電極 2b に配設された導電膜 12とがそれぞれ接触することによって、基本ユニットの上面 6か ら基本ユニットの下面 7までの電気的な導通を可能とするようにしてもよい。ここで、図 4は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する基本ユニットを模式 的に示すものであり、突条の配設方向に垂直な平面で切断した断面図である。第一 の端面導電膜 21及び第二の端面導電膜 22の材質、厚さ等は、上述の導電膜 12と 同様であることが好ましい。また、導電膜 21及び 22には表面に保護膜を設けることが 好ましい。
[0049] また、図 5 (a)、図 5 (b)に示すように、上側単位電極 2a及び下側単位電極 2bのそ れぞれに配設された導電膜 12の少なくとも一部が、 P方向の片側の端部まで延設さ れるとともに、上側単位電極 2aが、基本ユニット 1の上記片側の端部に単位電極 2a に対して垂直方向に帯状に延びるように配設された第二の片側端面導電膜 24に接 続され、下側単位電極 2bが、基本ユニット 1の上記片側の端部に単位電極 2bに対し て垂直方向に帯状に延びるように配設された第一の片側端面導電膜 23に接続され るように構成し、基本ユニット 1の片側の端部だけに通電機構を形成するようにしても よい。図 5 (a)に示すように、上側単位電極 2aの導電膜 12は、第二の片側端面導電 膜 24に接続され第一の片側端面導電膜 23には接続されておらず、下側単位電極 2 bの導電膜 12は、第一の片側端面導電膜 23に接続され第二の片側端面導電膜 24 には接続されていない。第一の片側端面導電膜 23及び第二の片側端面導電膜 24 は、いずれも基本ユニット 1の単位電極 2に垂直な方向の両端部まで延設され、基本 ユニット 1を積層したときに、隣接する基本ユニット 1のそれぞれ第一の片側端面導電 膜 23及び第二の片側端面導電膜 24に接続されて導電可能とすることが好ましい。こ こで、図 5は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する基本ユニット を模式的に示すものであり、図 5 (a)は、基本ユニット 1を単位電極 2に対して平行で 突条に対して垂直な方向からみた側面図であり、図 5 (b)は図 5 (a)の A— A'断面図 である。
本実施の形態のプラズマ発生電極 100は、以下に示す開口部割合が、 20%以上 であることが好ましぐ 50%以上であることがさらに好ましい。開口部割合が 20%より 小さいと、エンジンの排ガスシステムに用いた場合、背圧が高くなり、エンジン性能に 影響を及ぼすことがある。ここで、開口部割合とは、プラズマ発生電極を突条の配設 方向に垂直な平面で切断したときの断面において、「全空間部の面積」に対する「ガ スが流れる空間 Vに対応する部分の合計面積」の割合である。 「全空間部」とは、図 6 に示す、プラズマ発生電極 100の断面において、空間 Vが形成されている領域全体 をいい、その領域とは、高さ方向が、プラズマ発生電極 100の上端部に位置する単 位電極 2と下端部に位置する単位電極 2との間であり、その幅方向が、単位電極 2の 両端部に突条 13に平行に配設された 2つの外枠部 25の間である。従って、全空間 部の面積は、上記領域の高さ方向の距離 Xと幅方向の距離 Yとの積となる。また、空 間 Vに対応する部分の合計面積とは、複数の空間 Vに相当する部分の面積を合計し た値である。図 6は、本実施の形態のプラズマ発生電極 100を突条の配設方向に垂 直な平面で切断したときの断面図である。
[0051] 本実施の形態のプラズマ発生電極 100は、図 6に示す単位電極 2の厚さ tが、突条 13の厚さ Hに相当する単位電極 2間の間隔の 0. 1倍一 5倍であることが好ましぐ 0. 2倍一 2倍であることがさらに好ましレ、。 0. 1倍より小さいと、単位電極 2の厚さが薄い ため、絶縁破壊を生じて、均一放電が得られ難レ、ことがある。 5倍より大きいと、開口 部割合が 20%より小さくなり、エンジン性能に影響を及ぼすことがある。
[0052] 本実施の形態のプラズマ発生電極 100は、図 6に示す突条 13の幅 Wが、突条の厚 さ Hに相当する間隔の 0. 1倍一 5倍であることが好ましぐ 0. 2倍一 2倍であることが さらに好ましレ、。突条の幅 Wが 0. 1倍より小さいと、プラズマ発生電極 100の構造体 としての強度信頼性が低くなることがある。 5倍より大きいと、突条 13の静電容量が大 きくなり、空間 Vに入るエネルギーが小さくなり、効率の高いプラズマが得られなくなる
[0053] また、隣り合う突条 13間の距離 L力 S、突条の厚さ Hに相当する間隔の 0. 2倍一 20 倍であることが好ましぐ 0. 5倍一 10倍であることがさらに好ましい。 0. 2倍より小さい と、開口部割合が小さくなり、エンジンの排ガスシステムに用いた場合、エンジン性能 を悪くすること力 Sある。 20倍より大きいと、隣り合う突条 13同士の間隔が広くなるため 、延面放電を効率よくバリア放電に移行することが困難になることがあり、その場合、 均一放電を得るためには、多くのエネルギー注入が必要となることがある。
[0054] 以下、本実施の形態のプラズマ発生電極の製造方法について具体的に説明する。
[0055] まず、上述したセラミック成形体となるセラミックグリーンシートを成形する。例えば、 アルミナ、ムライト、ジルコニァ、コージエライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、セラミツ クガラス、及びガラスよりなる群から選ばれる少なくとも一種の材料に、上述した焼結 助剤や、ブチラール系樹脂やセルロース系樹脂等のバインダ、 DOPや DBP等の可 塑剤、トルエンやブタジエン等の有機溶媒等をカ卩え、アルミナ製ポット及びアルミナ 玉石を用いて十分に混合してグリーンシート製作用のスラリーを作製する。また、これ らの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよレ、。
[0056] 次に、得られたグリーンシート製作用のスラリーを、減圧下で撹拌して脱泡し、さら に所定の粘度となるように調整する。このように調整したグリーンシート製作用のスラリ 一をドクターブレード法等のテープ成形法によってテープ状に成形して未焼成セラミ ック成形体を形成する。
[0057] 一方、得られた未焼成セラミック成形体の一方の表面に配設する導電膜を形成す るための導体ペーストを形成する。この導体ペーストは、例えば、銀粉末にバインダ 及びテルピネオール等の溶剤をカ卩え、トリロールミルを用いて十分に混練して形成す ること力 Sできる。
[0058] このようにして形成した導体ペーストを、未焼成セラミック成形体の表面にスクリーン 印刷等を用いて印刷して、所定の形状の導電膜を形成し、図 7に示す、導電膜配設 未焼成セラミック成形体 31を作製する。導電膜配設未焼成セラミック成形体 31の一 の方向の両端部には、後に切断除去される切断代 Cを有している。また、導電膜は、 未焼成セラミック成形体の表面の中央部を中心にほぼ全体を覆レ、、切断代 Cを有さ ない側の両端部付近は、その幅方向（上記、一の方向）の中央部に四角形状に配設 されている。そして、上記四角形状の導電膜の一方が、中央部を中心にほぼ全体を 覆っている導電膜と連続して形成されている。ここで、図 7は、本発明のプラズマ発生 電極の一の実施の形態を製造する過程を模式的に示した斜視図である。
[0059] そして、図 7に示すように、導電膜配設未焼成セラミック成形体 31の、導電膜が配 設されている側の表面に、上述の導電膜配設未焼成セラミック成形体 31を作製した 方法と同様の方法で作製し、上記両端部の四角形状の導電膜だけを有する未焼成 セラミック成形体 32を配設して、 2つの未焼成セラミック成形体で導電膜を挟持した 原単位電極 33を形成する。未焼成セラミック成形体 32を配設する際には、温度： 10 0°C、圧力： lOMPaで押圧しながら配設することが好ましい。未焼成セラミック成形体 32の外形は、導電膜配設未焼成セラミック成形体 31の外形とほぼ同一である。得ら れた原単位電極 33は、後に切断除去される切断代 Cを有している。
[0060] 次に、図 7に示すように、得られた原単位電極 33の一の表面側に、その外形が原 単位電極 33とほぼ同一であるとともに厚さ力 S、基本ユニット 1 (図 1 (a)、図 1 (b)参照） に形成されたときの突条 13 (図 1 (a)、図 1 (b)参照）の厚さと同一で、かつ、その突条 の配設方向と平行な一辺が突条 13 (図 1 (a)、図 1 (b)参照）の長さより若干長ぐそ の突条の配設方向と垂直な一辺が突条 13 (図 1 (a)、図 1 (b)参照）の配設間隔と同 一の形状の複数の貫通孔 34が、形成された板状の突条形成用枠体 35を配設する。 突条形成用枠体 35は、所定の形状にナイフカットで切断する。突条形成用枠体 35 の原単位電極 33の上記四角形状の導電膜と重なる位置に、同様に四角形状の導 電膜を配設している。これら、両端部に形成される四角形状の導電膜は四角形であ る必要はなぐ円形、楕円形、多角形、その他不定形状であってもよい。上述した貫 通孔 34の突条の配設方向と平行な一辺は、突条 13 (図 1 (a)、図 1 (b)参照）の長さ と同一であってもよい。突条形成用枠体 35は、貫通孔 34の突条の配設方向と垂直 な両端側に切断代 Cを有する。突条形成用枠体 35を配設する際には、温度：100°C 、圧力： lOMPaで押圧しながら配設することが好ましい。
[0061] 原単位電極 33及び突条形成用枠体 35のそれぞれの切断代 Cを有さない側の両 端部に、上記四角形状の導電膜と接触するように導通用貫通孔 (第一の導通用貫通 孔 36、第二の導通用貫通孔 37)を形成する。
[0062] 次に、上述のようにして得られた、突条形成用枠体 35を配設した原単位電極 33と 同一のものを作製し、図 7に示すように、導電膜配設未焼成セラミック成形体 31の電 極端子 38の向きが互いに反対側を向くようにして、 2つの突条形成用枠体 35を配設 した原単位電極 33を積層する。これにより、切断代 Cを有する焼成前の基本ユニット が形成される。積層する際には、温度： 100°C、圧力： lOMPaで押圧しながら行うこと が好ましい。本実施の形態では、電極端子 38の向きが互いに反対側を向くように、 導電膜配設未焼成セラミック成形体 31を配設しているが、電極端子 38が重ならない ようにしながら、同じ側を向くようにして、導電膜配設未焼成セラミック成形体 31を配 設してもよい。
[0063] 次に、得られた切断代 Cを有する焼成前の基本ユニットを、例えば、 3段階層的に 積層することにより、切断代 Cを有する焼成前の電極ユニットを形成する。基本ュニッ トの積層数は 3段に限られず、 目的に応じて何段積層してもよい。積層する際には、 温度： 100°C、圧力： lOMPaで押圧しながら行うことが好ましい。このように、切断代 Cを有する焼成前の基本ユニットを予め作製しておき、それを必要に応じて積層する ことにより、焼成によりプラズマ発生電極を作製したときに、基本ユニット間の接続状 態が、基本ユニット内のセラミック成形体の接続状態と比較すると、若干の柔軟性を 有するようになるため、熱応力による歪みが発生しても、基本ユニット間で緩衝されて 破損を防止することができる。また、基本ユニットを予め作製しておき、それを積層さ せて作製することができるため、部品の組み付けも煩雑とならず生産性を向上させる こと力 sできる。
[0064] 積層した後に、原単位電極 33及び突条形成用枠体 35のそれぞれの切断代 Cを、 原単位電極 33の位置の表面に対してほぼ垂直な平面で切断して除去する。これに より、突条形成用枠体 35の貫通孔 34の上記突条の配設方向と垂直な方向の両端 部が開放され、図 1 (a)、図 1 (b)に示す基本ユニット 1の、突条 13及び突条 13の配 設方向 Dの両端が開放された複数の空間 Vが形成され、単位電極 2及び基本ュニッ ト 1の形状となる。原単位電極 33及び突条形成用枠体 35のそれぞれの切断代 Cとな る範囲は、その切断代 Cを切断除去したときに、突条形成用枠体 35の貫通孔 34の 突条の配設方向と垂直な方向の両端部が開放されるような範囲に形成される。
[0065] 次に、得られた焼成前の電極ユニットを焼成して、図 3に示す、基本ユニット 1の複 数が、階層的に積層されて、突条 13の厚さに相当する間隔を隔てるとともに、単位電 極 2及び空間 Vが立体的に配列された電極ュニット 5を作製し、プラズマ発生電極 10 0を得ること力 Sできる。
[0066] このように、本実施の形態のプラズマ発生電極は、図 1 (a)、図 1 (b)に示す、単位 電極 2、及び突条 13の配設方向 Dの両端が開放された複数の空間 V力 単位電極 2 の外形に切断代 C (図 7参照）を加えた形状の原単位電極 33 (図 7参照）の一の表面 側に、その外形が原単位電極 33 (図 7参照）とほぼ同一であるとともに厚さが突条 13 と同一で、かつその突条の配設方向と平行な一辺が突条 13の長さと同一又は長ぐ その突条の配設方向と垂直な一辺が突条 13の配設間隔と同一の形状の複数の貫 通孔 34 (図 7参照）が形成された板状の突条形成用枠体 35 (図 7参照）を配設した状 態で、原単位電極 33 (図 7参照）及び突条形成用枠体 35 (図 7参照）を、空間 Vの両 端となる位置で、原単位電極 33 (図 7参照）の一の表面に対しほぼ垂直な平面で切 断することによって形成されることが好ましい。
[0067] 本実施の形態のプラズマ発生電極は以下に示す他の方法により製造してもよい。
まず、図 8に示す、板状のセラミック体 42に複数本の突条 43を略平行に配設した、 突条配設セラミック体 41を押出成形により形成し、端面部分に端面導電膜 47を配設 する。そして、図 9に示す、導電膜配設セラミック体 46を構成する板状のセラミック体 44を押出成形により形成する。突条配設セラミック体 41及び板状のセラミック体 44の 作製方法としては、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコ二ァ、コージヱライト、ムライト、 チタン一バリウム系酸化物、マグネシウム—カルシウム—チタン系酸化物、バリウム—チ タン一亜鉛系酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、セラミックガラス、及びガラスより なる群から選ばれる少なくとも一種の材料に、焼結助剤や、メチルセルロース等の成 形助剤や、界面活性剤と水を加えて、混練し、土練機で棒状のホケを得た後、プラン ジャー方式の押出機で押出成形することにより図 8に示す突条配設セラミック体 41及 び図 9に示す板状のセラミック成形体 44を得ることができる。
[0068] 次に、図 9に示すように、導電膜 45を、例えば、スクリーン印刷法で印刷することに より板状のセラミック体 44に配設する。導電膜 45の材質、導電膜 45をセラミック体 44 に配設する方法等の条件は、上述の本実施の形態のプラズマ発生電極の製造方法 の場合と同様にすることが好ましい。
[0069] 図 9に示す板状セラミック体 44の片側に、導電膜を印刷した後に、例えば、成形材 料と同じ組成のペーストを塗布して、突条配設セラミック体 41を重ねて、一体の基本 ユニットを得ることができる。基本ユニットをさらに成形材料と同じ組成のペーストを塗 布して、複数段重ねた後に、乾燥、焼成を行い、一体型の積層された電極ユニットを 得ることができ、これを本実施の形態のプラズマ発生電極とすることができる。基本ュ ニットを乾燥させた後に、成形体と同じ組成のペースと塗布して、再度乾燥して、焼 成しても一体型の積層された電極ユニットは得ることができる。
[0070] 次に、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態について説明する。図 10 (a)、 図 10 (b)は、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態を模式的に示し、図 10 (a) は、被処理流体が通過する方向を含み、単位電極に垂直な平面で切断した断面図 であり、図 10 (b)は、図 10 (a)に示す被処理流体が通過する方向に垂直な B—B'面 で切断した断面図である。図 10 (a)及び図 10 (b)に示すように、本実施の形態のプ ラズマ反応器 51は、図 3に示したような本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形 態（プラズマ発生電極 100)を備えてなるものである。具体的には、本実施の形態の プラズマ反応器 51は、プラズマ発生電極 100と、プラズマ発生電極 100を、それを構 成する複数の単位電極 2間に立体的に配列された空間 V内に所定の成分を含有す るガス (被処理流体）が導入され得る状態で収納したケース体 52とを備えている。こ のケース体 52は、被処理流体が流入する流入口 53と、流入した被処理流体が単位 電極 2間を通過して処理された処理流体を流出する流出口 54とを有している。このよ うに構成された本実施の形態のプラズマ反応器 51は、空間 V内に所定の成分を含 有するガスが導入されたときに、空間 V内に発生させたプラズマによりガス中の所定 の成分を反応させることができる。
[0071] 本実施の形態のプラズマ反応器 51は、図 3に示したプラズマ発生電極 100を備え てなることから、均一かつ安定なプラズマを低電力で発生させることができる。
[0072] 本実施の形態のプラズマ反応器 51において、プラズマ発生電極 100を配設すると きには、破損を防止するため、ケース体 52とプラズマ発生電極 100との間に絶縁性 で耐熱性の緩衝材を介在させることが好ましい。なお、図 10においては、説明上、基 本ユニット 1が 3段積層された状態を示している力 S、基本ユニット 1を積層する数はこ れに限定されることはない。
[0073] 本実施の形態に用いられるケース体 52の材料としては、特に制限はなレ、が、例え ば、優れた導電性を有するとともに、軽量かつ安価であり、熱膨張による変形の少な レ、フェライト系ステンレス等であることが好ましレ、。
[0074] このように構成されたプラズマ反応器 51は、例えば、 自動車の排気系中に設置して 用いることができ、排気ガスを単位電極 2間に形成される空間 V内に発生させたブラ ズマの中を通過させて、排気ガスに含まれる上記所定の成分である煤や窒素酸化物 等の有害物質を反応させて無害な気体として外部に排出することができる。
[0075] 複数の基本ユニット 1を積層したときには、積層した基本ユニット 1の相互間におい てもプラズマが発生する。具体的には、例えば、一の基本ユニット 1を構成する上側 単位電極と、対向配置された下側単位電極との間に放電を生ずるだけでなぐこの 上側単位電極と、隣接する他の基本ユニット 1を構成する下側単位電極との間にも放 電を起こすことが可能な構成とし、積層したプラズマ発生電極 1の相互間にもプラズ マを発生させることができる。 [0076] また、図示は省略するが、本実施の形態のプラズマ反応器においては、プラズマ発 生電極に電圧を印加するための電源をさらに備えていてもよレ、。この電源について は、プラズマを有効に発生させることができるような電気を供給することができるもの であれば従来公知の電源を用いることができる。
[0077] また、本実施の形態のプラズマ反応器においては、上述したように電源を備えた構 成とせずに、外部の電源から電流を供給するような構成としてもょレ、。
[0078] 本実施の形態に用いられるプラズマ発生電極に供給する電流については、発生さ せるプラズマの強度によって適宜選択して決定することができる。例えば、プラズマ反 応器を自動車の排気系中に設置する場合には、プラズマ発生電極に供給する電流 が、電圧が lkV以上の直流電流、ピーク電圧力 SlkV以上かつ 1秒当りのパルス数が 100以上（100Hz以上）であるパルス電流、ピーク電圧が lkV以上かつ周波数が 10 0以上（100Hz以上）である交流電流、又はこれらのいずれか 2つを重畳してなる電 流であることが好ましい。このように構成することによって、効率よくプラズマを発生さ せること力 Sできる。
[0079] 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定 されるものではない。
[0080] (実施例 1)
図 3に示す単位電極 2 (アルミナ誘電体電極）を 6段積層したユニット（6段電極ュニ ット）を作製した。一段の電極大きさは 50 X 100 X lmmで、内部の導電膜 (電極）は タングステンペーストを 40 X 80mmの広さに、厚さ 10 /i mで印刷した。導電膜には、 直径 3mmで間隔 5mmの導電膜貫通孔を、それぞれの中心が正三角形の頂点に位 置するように規則的に配列した。幅 2mmで高さ lmmの突条を 18mm間隔で設けた 。電極両端には幅 8mmで高さ lmmの突条を設け、中央部に直径 3mmの導通用貫 通孔を造った。導通用貫通孔内部にはタングステンペーストとその上部にニッケルメ ツキで導電膜を付けた。
[0081] 厚さ 12mmの 6段電極ユニット 10個を積み重ね、金属枠で固定した後、断熱マット で外周を保持して、 SUS430で作製した円筒状の金属容器に装填し、プラズマ反応 器を得た。 [0082] バーナースポーリング装置にプラズマ反応器を取り付け、 100°C— 600°C間加熱' 冷却試験 (バーナースポーリング試験）を行った。 1000サイクルの試験後に、金属容 器内部の 6段電極ユニットを観察したが、破損等は観察されなかった。
[0083] ここでバーナースポーリング装置としては、ガスバーナーから出る高温の燃焼ガスと 冷却ガスを交互にプラズマ反応器に送風可能な装置を使用した。
[0084] 実施例 1のプラズマ反応器を、 30G、 200Hzの振動試験を行った。 100時間の試 験後に、内部の 6段電極ユニットを観察した力 S、破損等は認められなかった。
[0085] (比較例 1)
一段の単位電極 (誘電体電極）の構造は実施例 1と同じで、 60枚を間隔 lmmで積 層し、一体型で焼成した電極ユニットを作製し、 SUS430で作製した円筒状の金属 容器に装填し、プラズマ反応器を得た。実施例 1と同じバーナースポーリング試験を 行った。 1回の 100_600°C間加熱 '冷却で、電極ユニットは破損した。
[0086] (比較例 2)
50 X 100 X lmmの電極 60枚と電極平板の両端に幅 8mmで厚さ lmmのアルミナ スぺーサをはさんで積み重ね、金属枠で固定して、電極ユニットを作製し、 SUS430 で作製した円筒状の金属容器に装填し、プラズマ反応器を得た。
[0087] 上記、振動試験を行ったが、 1時間で電極ユニットの破損が認められた。
[0088] (実施例 2)
図 8に示す規則的な突条を持つシートを押出し成形で作製した。平板部の厚さは、 焼成後に 0. 25mmとなる寸法で、平板部に規則的に配設されている突条の突条高 さは焼成後に 0. 75mm,突条幅は焼成後に 0. 5mm,突条間隔は焼成後に 5mmと なるように設定した。両端の突条は、焼成後に幅 5mmとなるように設定し、押出シー ト幅の全長は焼成後に 70mmとなる寸法で作製した。原料は純度 93%アルミナを用 いた。押出成形助剤であるメチルセルロースを 5%、表面活性剤と水をカ卩えて、混練 、押出を行った。押出シートを突条の長手方向に焼成後に 60mmとなる幅で、シート を切断して、大気中 1100°Cで仮焼し、図 8に示す形状の突条配設セラミック体を得 た。
[0089] 同じ押出成形材料で、図 9に示す板状のセラミック体を得た。焼成後に厚さ 0. 25m m、幅 70mmとなるような寸法設定をした板状シートを押出した。焼成後に幅 60mm となるように切断し、大気中 1100°Cで仮焼し、図 9に示す板状のセラミック体を得た。
[0090] 焼成後の導電膜が 58 X 60mmとなるように厚さ 10 μ mでスクリーン印刷法で片側 面に印刷した。突条配設セラミック体と導体膜印刷した板状のセラミック体を交互に 5 枚重ねて、一体型の成形体を得た。両側面に同じ導電膜を印刷したのち、 N _H還
2 2 元雰囲気で焼成を行った。 5段の一体型積層電極ユニット（プラズマ発生電極）を得 た。 5段ユニットを 7段重ねて、金属枠で固定した後、断熱マットで外周を保持して、 S US430で作製した筒状の金属容器に装填し、プラズマ反応器を得た。
[0091] サイリスタ素子を用いたパルス電源をプラズマ反応器に接続して、放電性能を評価 した。 8kV、 2kppsで 80mjZパルスのエネルギー注入で、均一なバリア放電が全段 で得られた。 250°Cで 2g/h量の煤を流した結果、 60%が酸化浄化された。 200°C で N〇200ppmを含む排ガスモデルガスを流した力 反応器後段で NO量は 60ppm であった。
産業上の利用可能性
[0092] 本発明のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器は、エンジン排ガスや各種の焼却 炉排ガスから、それらに含有される、 NO、カーボン微粒子、 HC、 CO等の有害成分 を除去し、外部に排出されるこれらの排ガスを清浄化するために利用することができ る。そして、均一かつ安定なプラズマを発生させることが可能であるため、効率的に 排ガスの有害成分を除去することが可能であり、耐熱性に優れているため高温で長 時間使用することが可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも一対の単位電極が所定間隔を隔てて配設されてなり、これらの単位電極 間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電 極であって、
前記一対の単位電極のそれぞれが、誘電体となる板状のセラミック体と、前記セラミ ック体の内部に配設された導電膜から形成されるとともに、それぞれの一の表面に、 所定パターンで配設された所定厚さの複数の突条を有し、
前記一対の単位電極のうちの一方の単位電極（下側単位電極）の、前記一の表面 及びそこに配設された前記突条の表面と、他方の単位電極（上側単位電極）の裏面 とによって、前記突条の配設方向の両端が開放された複数の空間を形成した状態で 、前記一対の単位電極（上側単位電極及び下側単位電極）が、前記突条の厚さに相 当する間隔を隔てて階層的に積層されて、一つの基本ユニットを構成し、さらに、 前記基本ユニットの複数が、階層的に積層されて、前記突条の厚さに相当する間 隔を隔てるとともに、前記単位電極及び前記空間が立体的に配列された電極ュニッ トを構成し、
前記電極ユニットを構成する前記単位電極間に電圧を印加することによって、立体 的に配列された前記空間内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極
[2] 前記単位電極及び前記突条の配設方向の両端が開放された前記複数の空間が、 前記単位電極の外形に切断代をカ卩えた形状の原単位電極の一の表面側に、その外 形が前記原単位電極とほぼ同一であるとともに厚さが前記突条と同一で、かつ前記 突条の配設方向と平行な一辺が前記突条の長さと同一又は長ぐ前記突条の配設 方向と垂直な一辺が前記突条の配設間隔と同一の形状の複数の貫通孔が形成され た板状の突条形成用枠体を配設した状態で、前記原単位電極及び前記突条形成 用枠体を、前記空間の前記両端となる位置で、前記原単位電極の一の表面に対し ほぼ垂直な平面で切断することによって形成されてなる請求項 1に記載のプラズマ発
[3] 前記基本ユニットが、その上面の前記突条の配設領域以外の領域から前記上側単 位電極及び前記下側単位電極に配設された前記導電膜のいずれかの少なくとも一 部にそれぞれ接触した状態で上下方向に貫通する第一の導通用貫通孔及び第二 の導通用貫通孔を有してなり、
前記第一の導通用貫通孔及び前記第二の導通用貫通孔、並びに前記導電膜の それぞれを経由して、前記基本ユニットの前記上面から下面までの電気的な導通が 可能である請求項 1又は 2に記載のプラズマ発生電極。
[4] 前記基本ユニットが、前記第一の導通用貫通孔及び前記第二の導通用貫通孔の それぞれの内壁に配設された導電膜 (第一の貫通孔導電膜及び第二の貫通孔導電 膜)を有してなり、前記第一の貫通孔導電膜及び前記第二の貫通孔導電膜と、前記 上側単位電極及び前記下側単位電極に配設された前記導電膜とがそれぞれ接触 することによって、前記基本ユニットの前記上面から下面までの電気的な導通を可能 としている請求項 3に記載のプラズマ発生電極。
[5] 前記基本ユニットを構成する前記上側単位電極及び前記下側単位電極に配設さ れた前記導電膜が、前記基本ユニットの、前記突条の配設方向と垂直な方向の両端 部までそれぞれ延設されるとともに、
前記基本ユニットが、前記両端部のそれぞれの側の端面に配設された導電膜 (第 一の端面導電膜及び第二の端面導電膜)を有してなり、前記第一の端面導電膜及 び前記第二の端面導電膜と、前記上側単位電極及び前記下側単位電極に配設さ れた前記導電膜とがそれぞれ接触することによって、前記基本ユニットの前記上面か ら下面までの電気的な導通を可能としている請求項 1又は 2に記載のプラズマ発生
[6] 開口部割合が、 20%以上である請求項 1一 5のいずれかに記載のプラズマ発生電 極。
[7] 前記単位電極の厚さが、前記突条の厚さに相当する間隔の 0. 1倍一 5倍である請 求項 1一 6のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
[8] 前記突条の幅が、前記突条の厚さに相当する間隔の 0. 1倍一 5倍である請求項 1 一 7のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
[9] 隣り合う前記突条間の距離が、前記突条の厚さに相当する間隔の 0. 2倍一 20倍 である請求項 1一 8のいずれかに記載のプラズマ発生電極。
[10] 請求項 1一 9のいずれかに記載のプラズマ発生電極を備えてなり、前記プラズマ発 生電極（電極ユニット）を構成する複数の前記単位電極間に立体的に配列された前 記空間内に所定の成分を含有するガスが導入されたときに、前記空間内に発生させ たプラズマにより前記ガス中の前記所定の成分を反応させることが可能なプラズマ反 ^ ff
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