WO2016147763A1 - オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 - Google Patents

オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 Download PDF

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ozone gas
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敬 松野
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    • C01B2201/30Dielectrics used in the electrical dischargers
    • C01B2201/34Composition of the dielectrics

Definitions

  • the present invention relates to an ozone gas generator and a method for manufacturing the ozone gas generator.
  • an ozone gas generator is known.
  • Such an ozone gas generator is disclosed, for example, in International Publication No. WO2011 / 039971.
  • the international publication WO2011 / 039971 discloses an ozone gas generator that generates high-concentration ozone gas without adding other gases such as nitrogen gas to the raw material gas.
  • the ozone gas generator of International Publication WO2011 / 039971 is arranged on a pair of dielectrics arranged at a predetermined interval so as to face each other and on the outside of the pair of dielectrics.
  • the functional film of the ozone gas generator is a first metal oxide of one or two metals selected from niobium, tantalum, molybdenum, and chromium, and one or two selected from titanium, tungsten, zinc, and iron.
  • a second metal oxide of a type of metal is a first metal oxide of one or two metals selected from niobium, tantalum, molybdenum, and chromium, and one or two selected from titanium, tungsten, zinc, and iron.
  • the ozone generation performance may vary depending on the structure of the metal oxide on the surface of the functional film. Therefore, an ozone gas generator that can generate high-concentration ozone gas more stably without adding other gases such as nitrogen gas to the source gas is desired.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to increase the concentration of ozone gas without adding other gases such as nitrogen gas to the raw material gas.
  • An object of the present invention is to provide an ozone gas generator that can be stably generated and a method for manufacturing the ozone gas generator.
  • the functional film provided on at least one side of the opposing surfaces of the pair of dielectrics includes a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide. It has been found that the high-concentration ozone gas can be generated more stably without adding other gases such as nitrogen gas to the raw material gas. That is, the ozone gas generator according to the first aspect of the present invention includes a pair of electrodes arranged at a predetermined interval so as to face each other, and a pair of dielectrics provided on surfaces facing each other of the pair of electrodes. And a functional film provided on at least one side of a pair of dielectrics facing each other, the functional film including a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide.
  • the functional film contains a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide, so that other gases such as nitrogen gas can be added to the source gas. Therefore, when generating ozone gas, variation in ozone generation performance can be suppressed. Thereby, high concentration ozone gas can be more stably generated, without adding other gas, such as nitrogen gas, to source gas.
  • the functional film of titanium oxide and niobium oxide crystalline compound has Nb 2 O 5 in a molar number of 0.1 to 6 times that of TiO 2. It is produced by titanium oxide and niobium oxide. With this configuration, crystals such as TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 are formed from titanium oxide and niobium oxide in which Nb 2 O 5 is 0.1 to 6 times that of TiO 2 in terms of moles. System compounds can be produced.
  • the functional film further includes a solid solution of titanium oxide. If comprised in this way, high concentration ozone gas can be more stably generated by the effect
  • the crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide of the functional film includes at least one of TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 .
  • TiNb by the action of the crystal system of the compound containing at least one of the 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29, can be generated more stably a high concentration of ozone gas.
  • the manufacturing method of the ozone gas generator according to the second aspect of the present invention is opposite to the step of producing a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide by heating titanium oxide and niobium oxide at 1000 ° C. or higher.
  • a step of providing a pair of electrodes disposed at a predetermined interval, a step of providing a pair of dielectrics on the surfaces of the pair of electrodes facing each other, and at least one side of the surfaces of the pair of dielectrics facing each other And a step of providing a functional film containing a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide.
  • the ozone generation performance it is possible to manufacture an ozone gas generator capable of suppressing the variation of the above. Thereby, the ozone gas generator which can generate high concentration ozone gas more stably can be manufactured, without adding other gas, such as nitrogen gas, to source gas.
  • the step of generating a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide includes the step of mixing titanium oxide and niobium oxide, and the mixed titanium oxide and oxide.
  • the method includes a step of heating niobium at 1000 ° C. or higher to produce a crystalline compound, and a step of pulverizing the produced compound. If comprised in this way, the crystalline compound of a titanium oxide and niobium oxide can be easily produced
  • the step of providing the functional film is a step of applying the generated titanium oxide and niobium oxide crystal-based compound and a solid solution of titanium oxide to a dielectric. including. If constituted in this way, an ozone gas generating device capable of generating high-concentration ozone gas more stably by the action of both a titanium oxide and niobium oxide crystalline compound and a solid solution of titanium oxide is manufactured. can do.
  • high-concentration ozone gas can be generated more stably without adding other gases such as nitrogen gas to the source gas.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a phase diagram of TiO 2 —Nb 2 O 5 . It is the figure which showed the manufacturing process of the ozone gas production
  • the ozone gas generator 100 is configured to generate ozone used in a semiconductor manufacturing process. That is, the ozone gas generator 100 uses high-purity oxygen gas (for example, an oxygen concentration of 99.9% or more) to suppress the concentration of impurities (substances other than ozone and oxygen) in the generated ozone gas. It is configured as follows. As shown in FIG. 1, the ozone gas generation apparatus 100 includes an ozone gas generation unit 1, a power source 2, and a control unit 3.
  • high-purity oxygen gas for example, an oxygen concentration of 99.9% or more
  • the ozone gas generation unit 1 is configured to be supplied with high-purity oxygen gas (O 2 ) as a raw material and generate high-concentration ozone gas (O 3 ). Note that no other gas such as nitrogen is added to the high-purity oxygen gas of the raw material.
  • the ozone gas generator 1 includes a discharge cell 10. As shown in FIG. 2, the discharge cell 10 includes a pair of electrodes 11, a pair of dielectric bodies 12, and a pair of functional films 13.
  • the ozone gas generation unit 1 is provided with a plurality of discharge cells 10 (not shown).
  • the plurality of discharge cells 10 have the same configuration.
  • the discharge cell 10 is configured to perform silent discharge when applied by the power source 2. Between each of the plurality of discharge cells 10, a flow path through which cooling water passes is provided.
  • the pair of electrodes 11 are respectively arranged outside the pair of dielectrics 12 and are configured to generate a discharge between the pair of dielectrics 12. That is, the power source 2 is connected to the pair of electrodes 11.
  • the pair of electrodes 11 is supplied with high-frequency high-voltage power from the power source 2.
  • the pair of electrodes 11 are each formed in a film shape. Further, the pair of electrodes 11 are disposed so as to face each other.
  • the pair of dielectrics 12 are arranged at a predetermined interval so as to face each other.
  • Each of the pair of dielectrics 12 is made of alumina (ceramic).
  • the pair of dielectrics 12 are each formed in a plate shape.
  • Each of the pair of dielectrics 12 has a larger area than the electrodes 11 and is disposed so as to cover the inner surfaces (opposite surfaces) of the pair of electrodes 11.
  • the dielectric 12 has a plate thickness of about 0.05 mm or more and about 1 mm or less, for example. In order to obtain stable performance, the dielectric 12 preferably has a plate thickness of about 0.1 mm or more and about 0.3 mm or less.
  • the pair of dielectrics 12 are disposed, for example, with an interval of about 30 ⁇ m or more and about 100 ⁇ m or less. Further, the raw material oxygen gas is supplied to the gap between the pair of dielectrics 12.
  • the pair of functional films 13 are provided on the surfaces of the pair of dielectric bodies 12 facing each other. That is, the functional film 13 is disposed so as to be in contact with the gap (discharged space) between the pair of dielectrics 12.
  • the dielectric 12 includes a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide.
  • the crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide in the functional film 13 is produced by titanium oxide and niobium oxide in which Nb 2 O 5 is about 0.1 to 6 times that of TiO 2 in terms of moles.
  • the crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide in the functional film 13 is generated by titanium oxide and niobium oxide in which Nb 2 O 5 is greater than about 1 time and less than about 2.5 times that of TiO 2 in terms of moles.
  • the functional film 13 further includes a solid solution of titanium oxide.
  • TiO 2 and Nb 2 O about 85.7% mol% of Nb 2 O 5 is more than about 9% of a mixture of 5 or less (When Nb 2 O 5 in mole number is about 0.1 to 6 times that of TiO 2 ), by firing (heating), at least of TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 One is generated. Specifically, when the mole percentage of Nb 2 O 5 is about 9% or more and less than about 50%, a solid solution of TiNb 2 O 7 and TiO 2 is generated.
  • Nb 2 O 5 in moles to about greater than the molar percent to about 50 percent of Nb 2 O 5 of about 2.5 times or more and less than about 1 times the TiO 2 (a mixture of TiO 2 and Nb 2 O 5
  • TiO 2 a mixture of TiO 2 and Nb 2 O 5
  • the power source 2 is configured to supply AC power to the pair of electrodes 11 of the ozone gas generation unit 1.
  • the power supply 2 is configured to supply high-frequency power resonated by an LC circuit or the like.
  • the control unit 3 is configured to control each unit of the ozone gas generator 100.
  • the control unit 3 controls the power supply 2 to control the power supplied to the ozone gas generation unit 1.
  • a predetermined proportion of titanium oxide (TiO 2 ) and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) are mixed. Specifically, particulate TiO 2 and Nb 2 O 5 , a binder such as ethanol, and zirconia balls for mixing and pulverization are placed in a mill and mixed.
  • the mixed titanium oxide (TiO 2 ) and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) are fired (heated). Specifically, a mixture of particulate TiO 2 and Nb 2 O 5 is fired at a temperature of 1000 ° C. or higher in a furnace. Particulate TiO 2 and Nb 2 O 5 are fired under atmospheric pressure. Further, the particulate TiO 2 and Nb 2 O 5 are fired at a temperature of 1000 ° C. or higher and a temperature at which the particles do not dissolve (for example, about 1400 ° C.) or lower. Preferably, the baking is performed at a temperature of 1300 ° C. or higher and not melting (for example, about 1400 ° C.) or lower. As a result, a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide (at least one of TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 ) is generated.
  • the fired titanium oxide and niobium oxide crystalline compounds are cooled.
  • the cooled titanium oxide and niobium oxide crystalline compounds are pulverized. Specifically, a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide, a binder such as ethanol, and zirconia balls for mixing and pulverization are put in a mill and pulverized. The crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide is pulverized until the particle size is smaller than the particle size that can pass through a screen printing mesh used in a subsequent coating step. For example, a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide is pulverized until the particle size becomes 1000 nm or less.
  • a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide, a solid solution (ss) of titanium oxide (TiO 2 ), glass and oil are mixed to form a paste.
  • the paste containing a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide is adjusted to a viscosity capable of screen printing in a subsequent coating step. Specifically, the viscosity of the paste is adjusted by adjusting the amount of oil to be mixed. Thereby, the material of the functional film 13 is generated.
  • the pasted functional film 13 material containing a crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide and a solid solution of titanium oxide is applied to the dielectric 12 by screen printing.
  • the functional film 13 is applied with a thickness of about 10 ⁇ m, for example.
  • step S7 the applied paste is fired (heated) to fix the functional film 13 to the dielectric 12. Specifically, firing is performed for a predetermined time at a temperature at which the glass in the paste melts (for example, about 850 ° C.). Thereafter, the functional film 13 is fixed on the dielectric 12 by cooling.
  • the pair of dielectrics 12 each having the functional film 13 formed thereon are joined at a predetermined interval.
  • a pair of electrodes 11 that generate discharge between the pair of dielectrics 12 are provided on the outer sides of the pair of dielectrics 12.
  • a gap forming rib is disposed on the first surface of the dielectric 12 (alumina substrate) on which the functional film 13 is provided.
  • the electrode 11 is provided on the second surface of the dielectric 12 opposite to the functional film 12.
  • the 1st surfaces (surface by the side of the functional film 12) of the dielectric material 12 are joined by a joining member via a rib.
  • the joining member includes, for example, glass.
  • firing is performed for a predetermined time at a temperature at which the glass melts (for example, about 850 ° C.).
  • a temperature at which the glass melts for example, about 850 ° C.
  • it cools and several pairs of dielectrics 12 are joined.
  • the several discharge cell 10 is assembled.
  • the flow path which lets a cooling water pass between each of the some discharge cells 10 is provided, and the ozone gas production
  • ozone gas is generated without adding other gases such as nitrogen gas to the source gas. Moreover, the variation in ozone generation performance can be suppressed. Thereby, high concentration ozone gas can be more stably generated, without adding other gas, such as nitrogen gas, to source gas.
  • the crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide of the functional film 13 has a Nb 2 O 5 molar ratio of about 0.1 to about 6 times that of TiO 2. It is produced by titanium oxide and niobium oxide. Thereby, from titanium oxide and niobium oxide in which Nb 2 O 5 is about 0.1 to 6 times that of TiO 2 in terms of moles, a crystal system such as TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 can be obtained. Compounds can be produced.
  • the functional film 13 includes a solid solution of titanium oxide.
  • high concentration ozone gas can be more stably generated by the action of both the titanium oxide and niobium oxide crystalline compounds and the solid solution of titanium oxide.
  • the crystalline compound of titanium oxide and niobium oxide of the functional film 13 includes at least one of TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 .
  • high-concentration ozone gas can be generated more stably by the action of a crystalline compound containing at least one of TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 .
  • the functional film according to the comparative example has a variation in ozone generation performance.
  • a functional film may be provided on at least one side of the pair of dielectrics.
  • the ozone gas generator may generate ozone gas by discharge other than silent discharge.
  • the ozone gas generator may be configured to generate ozone gas by creeping discharge.
  • the functional film is formed by applying the functional film material to the dielectric by screen printing.
  • the present invention is not limited to this.
  • the functional film may be formed on the dielectric by sputtering. Further, the functional film may be formed by applying a functional film material to the dielectric by a method other than screen printing.
  • the dielectric is made of alumina.
  • the present invention is not limited to this.
  • the dielectric may be formed of a ceramic other than alumina or may be formed of a material other than ceramic.
  • the ozone gas generator may be provided with one discharge cell.
  • the ozone gas generator of the present invention may be used by being incorporated in an apparatus such as an ozone water production apparatus.

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Abstract

 このオゾンガス発生装置は、互いに対向するように所定の間隔を隔てて配置された一対の電極(11)と、一対の電極の互いに対向する面にそれぞれ設けられた一対の誘電体(12)と、一対の誘電体の互いに対向する面の少なくとも一方側に設けられた機能膜(13)とを備える。そして、機能膜は、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含む。

Description

オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法
 この発明は、オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法に関する。
 従来、オゾンガス発生装置が知られている。このようなオゾンガス発生装置は、たとえば、国際公開WO2011/039971号に開示されている。
 上記国際公開WO2011/039971号には、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加することなく高濃度のオゾンガスを発生させるオゾンガス発生装置が開示されている。具体的には、上記国際公開WO2011/039971号のオゾンガス発生装置は、互いに対向するように所定の間隔を隔てて配置された一対の誘電体と、一対の誘電体の外側にそれぞれ配置され、一対の誘電体間に放電を発生させる一対の電極と、一対の誘電体の互いに対向する面の少なくとも一方側に設けられた機能膜とを備えている。このオゾンガス発生装置の機能膜は、ニオブ、タンタル、モリブデン、クロムから選択される1種類または2種類の金属の第1金属酸化物と、チタン、タングステン、亜鉛、鉄から選択される1種類または2種類の金属の第2金属酸化物とを含んでる。
国際公開WO2011/039971号
 上記国際公開WO2011/039971号のような従来のオゾンガス発生装置では、機能膜の表面の金属酸化物の構造の違いによりオゾン発生性能にバラツキが生じる場合がある。そこで、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加することなく、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることが可能なオゾンガス発生装置が望まれている。
 この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加することなく、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることが可能なオゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法を提供することである。
 上記課題を解決するために本願発明者が鋭意検討した結果、一対の誘電体の互いに対向する面の少なくとも一方側に設けられた機能膜を、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含むように形成することによって、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加することなく、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることが可能であることを見い出した。すなわち、この発明の第1の局面によるオゾンガス発生装置は、互いに対向するように所定の間隔を隔てて配置された一対の電極と、一対の電極の互いに対向する面にそれぞれ設けられた一対の誘電体と、一対の誘電体の互いに対向する面の少なくとも一方側に設けられた機能膜とを備え、機能膜は、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含む。
 この発明の第1の局面によるオゾンガス発生装置では、上記のように、機能膜が、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含むことによって、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加せずにオゾンガスを発生させる際に、オゾン発生性能のバラツキを抑制することができる。これにより、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加することなく、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることができる。
 上記第1の局面によるオゾンガス発生装置において、好ましくは、機能膜の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、モル数においてNb25がTiO2の0.1倍以上6倍以下となる酸化チタンおよび酸化ニオブにより生成されている。このように構成すれば、モル数においてNb25がTiO2の0.1倍以上6倍以下となる酸化チタンおよび酸化ニオブから、TiNb27およびTi2Nb1029のような結晶系の化合物を生成することができる。
 上記第1の局面によるオゾンガス発生装置において、好ましくは、機能膜は、酸化チタンの固溶体をさらに含む。このように構成すれば、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物と、酸化チタンの固溶体との両方の作用により、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることができる。
 上記第1の局面によるオゾンガス発生装置において、好ましくは、機能膜の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、TiNb27およびTi2Nb1029のうち少なくとも一方を含む。このように構成すれば、TiNb27およびTi2Nb1029のうち少なくとも一方を含む結晶系の化合物の作用により、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることができる。
 この発明の第2の局面によるオゾンガス発生装置の製造方法は、酸化チタンおよび酸化ニオブを1000℃以上で加熱することにより酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を生成する工程と、互いに対向するように所定の間隔を隔てて配置された一対の電極を設ける工程と、一対の電極の互いに対向する面にそれぞれ一対の誘電体を設ける工程と、一対の誘電体の互いに対向する面の少なくとも一方側に酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含む機能膜を設ける工程とを備える。
 この発明の第2の局面によるオゾンガス発生装置の製造方法では、上記のように構成することによって、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加せずにオゾンガスを発生させる際に、オゾン発生性能のバラツキを抑制することが可能なオゾンガス発生装置を製造することができる。これにより、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加することなく、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることが可能なオゾンガス発生装置を製造することができる。
 上記第2の局面によるオゾンガス発生装置の製造方法において、好ましくは、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を生成する工程は、酸化チタンおよび酸化ニオブを混合する工程と、混合した酸化チタンおよび酸化ニオブを1000℃以上で加熱して結晶系の化合物を生成する工程と、生成した化合物を粉砕する工程とを含む。このように構成すれば、酸化チタンおよび酸化ニオブから酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を容易に生成して、オゾンガス発生装置の機能膜を容易に形成することができる。
 上記第2の局面によるオゾンガス発生装置の製造方法において、好ましくは、機能膜を設ける工程は、生成した酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物と、酸化チタンの固溶体とを誘電体に塗布する工程を含む。このように構成すれば、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物と、酸化チタンの固溶体との両方の作用により、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることが可能なオゾンガス発生装置を製造することができる。
 本発明によれば、上記のように、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加することなく、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることができる。
本発明の一実施形態によるオゾンガス発生装置を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるオゾンガス発生装置の放電セルを示した概略図である。 TiO2-Nb25の状態図を示した図である。 本発明の一実施形態によるオゾンガス発生装置のオゾンガス生成部の製造工程を示した図である。 実施例によるオゾンガスの生成を説明するための表である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(オゾンガス発生装置の構成)
 図1を参照して、本発明の一実施形態によるオゾンガス発生装置100の構成について説明する。
 本発明の一実施形態によるオゾンガス発生装置100は、半導体製造工程において用いられるオゾンを生成するように構成されている。つまり、オゾンガス発生装置100は、高純度の酸素ガス(たとえば、酸素濃度99.9%以上)を使用して、生成されるオゾンガス中の不純物(オゾンおよび酸素以外の物質)の濃度が抑制されるように構成されている。図1に示すように、オゾンガス発生装置100は、オゾンガス生成部1と、電源2と、制御部3とを備えている。
 オゾンガス生成部1は、原料として高純度の酸素ガス(O2)が供給され、高濃度のオゾンガス(O3)を生成するように構成されている。なお、原料の高純度の酸素ガスには、窒素などの他のガスは添加されていない。
 オゾンガス生成部1は、放電セル10を含んでいる。図2に示すように、放電セル10は、一対の電極11と、一対の誘電体12と、一対の機能膜13とを有している。なお、オゾンガス生成部1には、図示していないが複数の放電セル10が設けられている。複数の放電セル10は、同様の構成を有している。放電セル10は、電源2による印加により無声放電を行うように構成されている。複数の放電セル10の各々の間には、冷却水を通す流路が設けられている。
 一対の電極11は、一対の誘電体12の外側にそれぞれ配置され、一対の誘電体12間に放電を発生させるように構成されている。つまり、一対の電極11には、電源2が接続されている。一対の電極11には、電源2から高周波高電圧の電力が供給される。また、一対の電極11は、それぞれ、膜状に形成されている。また、一対の電極11は、互いに対向するように配置されている。
 一対の誘電体12は、互いに対向するように所定の間隔を隔てて配置されている。また、一対の誘電体12は、それぞれ、アルミナ(セラミック)により形成されている。また、一対の誘電体12は、それぞれ、板状に形成されている。また、一対の誘電体12は、それぞれ、電極11よりも大きい面積を有し、一対の電極11の内側の面(対向する側の面)を覆うように配置されている。誘電体12は、たとえば、約0.05mm以上約1mm以下の板厚を有する。安定した性能を得るために、好ましくは、誘電体12は、約0.1mm以上約0.3mm以下の板厚を有する。一対の誘電体12は、たとえば、約30μm以上約100μm以下の間隔を隔てて配置されている。また、一対の誘電体12の間の隙間に原料の酸素ガスが供給されるように構成されている。
 ここで、本実施形態では、一対の機能膜13は、一対の誘電体12の互いに対向する面に設けられている。つまり、機能膜13は、一対の誘電体12の間の隙間(放電される空間)に接するように配置されている。また、誘電体12は、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含む。具体的には、機能膜13の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、TiNb27(TiO2:Nb25=1:1の結晶系化合物)およびTi2Nb1029(TiO2:Nb25=2:5の結晶系化合物)のうち少なくとも一方を含む。つまり、機能膜13の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、モル数においてNb25がTiO2の約0.1倍以上約6倍以下となる酸化チタンおよび酸化ニオブにより生成されている。好ましくは、機能膜13の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、モル数においてNb25がTiO2の約1倍より大きく約2.5倍未満となる酸化チタンおよび酸化ニオブにより生成されている。また、機能膜13は、酸化チタンの固溶体をさらに含む。
 ここで、図3のTiO2-Nb25の状態図に示すように、TiO2およびNb25の混合物のうちNb25のモル%が約9%以上約85.7%以下の場合(モル数においてNb25がTiO2の約0.1倍以上約6倍以下の場合)、焼成(加熱)することにより、TiNb27およびTi2Nb1029のうち少なくとも一方が生成される。具体的には、Nb25のモル%が約9%以上約50%未満の場合、TiNb27およびTiO2の固溶体が生成される。Nb25のモル%が約50%の場合(TiO2:Nb25=1:1の場合)、TiNb27が生成される。Nb25のモル%が約50%より大きく約71.9%未満の場合、TiNb27およびTi2Nb1029が生成される。Nb25のモル%が約71.9%の場合(TiO2:Nb25=2:5の場合)、Ti2Nb1029が生成される。Nb25のモル%が約71.9%より大きく約85.7%以下の場合、Ti2Nb1029およびβ-Nb25が生成される。
 つまり、モル数においてNb25がTiO2の約1倍より大きく約2.5倍未満(TiO2およびNb25の混合物のうちNb25のモル%が約50%より大きく約71.4%未満)となる酸化チタンおよび酸化ニオブにより、結晶系の化合物を生成することにより、TiNb27およびTi2Nb1029の両方が生成される。
 電源2は、オゾンガス生成部1の一対の電極11に交流電力を供給するように構成されている。電源2は、LC回路などにより共振させた高周波の電力を供給するように構成されている。
 制御部3は、オゾンガス発生装置100の各部を制御するように構成されている。たとえば、制御部3は、電源2を制御して、オゾンガス生成部1に供給される電力を制御する。
(オゾンガス発生装置の製造方法)
 図4を参照して、オゾンガス発生装置100(オゾンガス生成部1)の製造方法について説明する。
 図4のステップS1の混合工程において、所定の割合の酸化チタン(TiO2)および酸化ニオブ(Nb25)が混合される。具体的には、粒子状のTiO2およびNb25と、エタノールなどのバインダーと、混合および粉砕のためのジルコニアボールとがミルに入れられて混合される。
 ステップS2の焼成工程において、混合された酸化チタン(TiO2)および酸化ニオブ(Nb25)が焼成(加熱)される。具体的には、粒子状のTiO2およびNb25の混合物が炉において1000℃以上の温度で焼成される。粒子状のTiO2およびNb25は、大気圧下において焼成される。また、粒子状のTiO2およびNb25は、1000℃以上、かつ、溶解しない温度(たとえば、約1400℃)以下の温度で焼成される。好ましくは、1300℃以上、かつ、溶解しない温度(たとえば、約1400℃)以下の温度で焼成される。これにより、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物(TiNb27およびTi2Nb1029のうち少なくとも一方)が生成される。
 ステップS3の冷却工程において、焼成された酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物が冷却される。ステップS4の粉砕工程において、冷却された酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物が粉砕される。具体的には、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物と、エタノールなどのバインダーと、混合および粉砕のためのジルコニアボールとがミルに入れられて粉砕される。酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、後の塗布工程において使用するスクリーン印刷用のメッシュを通過可能な粒径以下になるまで粉砕される。たとえば、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、粒径が1000nm以下になるまで粉砕される。
 ステップS5のペースト化工程において、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物と、酸化チタン(TiO2)の固溶体(ss)と、ガラスおよびオイルとが混合されてペースト化される。酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含むペーストは、後の塗布工程においてスクリーン印刷可能な粘度に調整される。具体的には、混合されるオイルの量を調整してペーストの粘度が調整される。これにより、機能膜13の材料が生成される。
 ステップS6の塗布工程において、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物と、酸化チタンの固溶体とを含むペースト化された機能膜13の材料がスクリーン印刷により、誘電体12に塗布される。機能膜13は、たとえば、約10μmの厚みで塗布される。
 ステップS7の焼成工程において、塗布されたペーストを焼成(加熱)して機能膜13を誘電体12に固定する。具体的には、ペースト中のガラスが溶融する温度(たとえば、約850℃)において、所定時間焼成が行われる。その後、冷却されて、誘電体12上に機能膜13が固定される。
 ステップS8の接合工程において、それぞれ機能膜13が形成された一対の誘電体12が所定の間隔を隔てて接合される。また、一対の誘電体12のそれぞれの外側に、一対の誘電体12間に放電を発生させる一対の電極11が設けられる。具体的には、誘電体12(アルミナ基板)の機能膜13が設けられた側の第1面に、ギャップ形成用のリブが配置される。また、誘電体12の機能膜12とは反対側の第2面に、電極11が設けられる。そして、誘電体12の第1面(機能膜12側の面)同士がリブを介して接合部材により接合される。また、互いに隣接する放電セル10を構成する隣接した誘電体12の第2面(電極11側の面)同士が絶縁体を介して接合部材により接合される。接合部材は、たとえば、ガラスを含む。また、接合工程において、ガラスが溶融する温度(たとえば、約850℃)において、所定時間焼成(加熱)が行われる。その後、冷却されて、複数対の誘電体12が接合される。これにより、複数の放電セル10が組み立てられる。また、複数の放電セル10の各々の間に冷却水を通す流路が設けられて、オゾンガス生成部1が組み立てられる。
(実施形態の効果)
 本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
 本実施形態では、上記のように、機能膜13が、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含むことによって、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加せずにオゾンガスを発生させる際に、オゾン発生性能のバラツキを抑制することができる。これにより、原料ガスに窒素ガス等の他のガスを添加することなく、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることができる。
 また、本実施形態では、上記のように、機能膜13の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を、モル数においてNb25がTiO2の約0.1倍以上約6倍以下となる酸化チタンおよび酸化ニオブにより生成する。これにより、モル数においてNb25がTiO2の約0.1倍以上約6倍以下となる酸化チタンおよび酸化ニオブから、TiNb27およびTi2Nb1029のような結晶系の化合物を生成することができる。
 また、本実施形態では、上記のように、機能膜13は、酸化チタンの固溶体を含む。これにより、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物と、酸化チタンの固溶体との両方の作用により、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることができる。
 また、本実施形態では、上記のように、機能膜13の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、TiNb27およびTi2Nb1029のうち少なくとも一方を含む。これにより、TiNb27およびTi2Nb1029のうち少なくとも一方を含む結晶系の化合物の作用により、高濃度のオゾンガスをより安定して発生させることができる。
(実施例の説明)
 次に、図5を参照して、本実施形態によるオゾンガス発生装置100の機能膜13の評価を行った実験結果について説明する。
 実施例では、機能膜13の材料を、モル比において、TiO2:Nb25=77:23の酸化チタンおよび酸化ニオブを用いて結晶系の化合物を生成した場合(実施例1および2)と、モル比において、TiO2:Nb25=40:60の酸化チタンおよび酸化ニオブを用いて結晶系の化合物を生成した場合(実施例3および4)との実験を行った。また、酸化チタンおよび酸化ニオブを、それぞれ、1100℃(実施例1および3)および1300℃(実施例2および4)の温度において、焼成(加熱)して結晶系の化合物を生成した。
 モル比において、TiO2:Nb25=77:23の酸化チタンおよび酸化ニオブを1100℃の温度で焼成した実施例1の場合、高濃度のオゾンを安定して生成することが可能であった。また、モル比において、TiO2:Nb25=77:23の酸化チタンおよび酸化ニオブを1300℃の温度で焼成した実施例2の場合、高濃度のオゾンを安定して生成することが可能であった。実施例1および2において、TiO2:Nb25=77:23の酸化チタンおよび酸化ニオブを用いて生成された結晶系の化合物を含む機能膜13の表面をX線回折により測定したところ、TiNb27のピークが検出された。
 モル比において、TiO2:Nb25=40:60の酸化チタンおよび酸化ニオブを1100℃の温度で焼成した実施例3の場合、TiO2:Nb25=77:23の場合(実施例1および2)よりも、より高濃度のオゾンを安定して生成することが可能であった。また、モル比において、TiO2:Nb25=40:60の酸化チタンおよび酸化ニオブを1300℃の温度で焼成した実施例4の場合、TiO2:Nb25=40:60の酸化チタンおよび酸化ニオブを1100℃の温度で焼成した実施例3の場合よりも、さらに高濃度のオゾンを安定して生成することが可能であった。実施例3および4において、TiO2:Nb25=40:60の酸化チタンおよび酸化ニオブを用いて生成された結晶系の化合物を含む機能膜13の表面をX線回折により測定したところ、TiNb27およびTi2Nb1029のピークが検出された。
 比較例では、機能膜の材料としてTiO2:Nb25=77:23の酸化チタンおよび酸化ニオブを焼成(加熱)せずに塗布した場合の実験を行った。この比較例では、比較的濃度の高いオゾンを発生させる機能膜と、比較的濃度の低いオゾンを発生させる機能膜とがあった。つまり、比較例による機能膜では、オゾン発生性能にバラツキがあった。
(変形例)
 なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
 たとえば、上記実施形態では、一対の誘電体の両方に機能膜を設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、一対の誘電体の少なくとも一方側に機能膜を設けていればよい。
 また、上記実施形態では、オゾンガス発生装置が無声放電によりオゾンを生成する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、オゾンガス発生装置が無声放電以外の放電によりオゾンガスを生成してもよい。たとえば、オゾンガス発生装置が沿面放電によりオゾンガスを生成する構成でもよい。
 また、上記実施形態では、機能膜の材料を誘電体にスクリーン印刷により塗布して機能膜を形成する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、機能膜を誘電体にスパッタリングにより形成してもよい。また、機能膜の材料をスクリーン印刷以外の方法で誘電体に塗布して機能膜を形成してもよい。
 また、上記実施形態では、誘電体はアルミナにより形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、誘電体は、アルミナ以外のセラミックにより形成されていてもよいし、セラミック以外の材料により形成されていてもよい。
 また、上記実施形態では、オゾンガス発生装置に複数の放電セルが設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、オゾンガス発生装置に1つの放電セルが設けられている構成でもよい。
 また、本発明のオゾンガス発生装置を、たとえば、オゾン水製造装置などの装置に組み込んで使用してもよい。
 11 電極
 12 誘電体
 13 機能膜
 100 オゾンガス発生装置

Claims (7)

  1.  互いに対向するように所定の間隔を隔てて配置された一対の電極と、
     前記一対の電極の互いに対向する面にそれぞれ設けられた一対の誘電体と、
     前記一対の誘電体の互いに対向する面の少なくとも一方側に設けられた機能膜とを備え、
     前記機能膜は、酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含む、オゾンガス発生装置。
  2.  前記機能膜の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、モル数においてNb25がTiO2の0.1倍以上6倍以下となる酸化チタンおよび酸化ニオブにより生成されている、請求項1に記載のオゾンガス発生装置。
  3.  前記機能膜は、酸化チタンの固溶体をさらに含む、請求項1または2に記載のオゾンガス発生装置。
  4.  前記機能膜の酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物は、TiNb27およびTi2Nb1029のうち少なくとも一方を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のオゾンガス発生装置。
  5.  酸化チタンおよび酸化ニオブを1000℃以上で加熱することにより酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を生成する工程と、
     互いに対向するように所定の間隔を隔てて配置された一対の電極を設ける工程と、
     前記一対の電極の互いに対向する面にそれぞれ一対の誘電体を設ける工程と、
     前記一対の誘電体の互いに対向する面の少なくとも一方側に酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を含む機能膜を設ける工程とを備える、オゾンガス発生装置の製造方法。
  6.  酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物を生成する工程は、酸化チタンおよび酸化ニオブを混合する工程と、混合した酸化チタンおよび酸化ニオブを1000℃以上で加熱して結晶系の化合物を生成する工程と、生成した化合物を粉砕する工程とを含む、請求項5に記載のオゾンガス発生装置の製造方法。
  7.  前記機能膜を設ける工程は、生成した酸化チタンおよび酸化ニオブの結晶系の化合物と、酸化チタンの固溶体とを前記誘電体に塗布する工程を含む、請求項5または6に記載のオゾンガス発生装置の製造方法。
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