JPH08133705A - オゾナイザーの電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック誘電体の表面の汚れを防止するこ
とのできるオゾナイザーの電極を提供する。 【構成】 金属放電電極３をチタンにより構成し、かつ
チタンの表面を予め陽極酸化法による不働態膜加工す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電式オゾナイザーの電
極に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】オゾンの発生法として長年にわたり使用
されてきた無声放電法は、数ミリの間隔でガラス誘電体
電極（通常ガラスの裏面側に対極を重ねて構成されてい
る。）と金属放電電極とが相対し、その間に惹起された
放電界を横切って空気や酸素等の原料気体を流通せし
め、放電によって酸素をオゾン化するものであった。

【０００３】近年になってファインセラミックス技術が
発達し、ガラス誘電体に代わるセラミック誘電体がオゾ
ン発生に有利であることが知られ、とくに機械的にガラ
スよりも強い性質を利用し、より濃密な無声放電を、ま
たは無声放電よりも濃密な放電を可能とし、オゾン発生
部のコンパクト化が可能となり、さらに金属放電電極の
形状を改良することによりオゾン発生効率の高いオゾナ
イザーが種々提供され初めてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在セラミック材とし
ては純度の高い、例えば９９％アルミナセラミック製な
どがこの用途に使用されているが、ガラスに比べて一つ
の大きい問題点は表面が汚れ易く、この汚れによる劣化
を避けることが大きな課題となっている。この汚れはガ
ラスの如き熔融法によってつくられた誘電体の表面は平
滑であって汚れが付着しにくいのに比べセラミックは原
料粉体をスラリー化した後に成形し焼成したものであり
表面がガラスよりもかなり荒いということが主因とされ
ている。

【０００５】さらに、この汚れによる性能劣化を分析し
てみるとその大部分は金属放電電極が濃密な放電によっ
て表面の金属分子が対向誘電体に移動することが観察さ
れた。さらにセラミッック表面に付着堆積した金属分子
はあたかも半導体のごとき電気的特性を持ち均一したオ
ゾン放電を妨げる課題を有することが観察された。

【０００６】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、上記のようなセラミック誘電体の表面の汚れを
防止することのできるオゾナイザーの電極を提供するこ
とを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的に沿い、先述
特許請求の範囲を要旨とする本発明の構成は前述課題を
解決するために、セラミック誘電体１の裏面に対極２を
設け、該セラミック誘電体１の表面と高電圧を印加した
金属放電電極３との間の酸素雰囲気中の放電によりオゾ
ンを発生する放電式オゾナイザーにおいて、上記金属放
電電極３をチタンにより構成し、かつチタンの表面を予
め不働態膜加工することを特徴とする技術的手段を講じ
たものである。

【０００８】また「請求項２」の発明は、セラミック誘
電体（１の裏面に対極（２を設け、該セラミック誘電体
（１の表面と高電圧を印加した金属放電電極（３との間
の酸素雰囲気中の放電によりオゾンを発生する放電式オ
ゾナイザーにおいて、上記金属放電電極（３をチタンに
より構成し、かつチタンの表面を予め陽極酸化法による
不働態膜加工することを特徴とする技術的手段を講じた
ものである。

【０００９】また「請求項３」の発明は、セラミック誘
電体１の裏面に対極２を設け、該セラミック誘電体１の
表面と高電圧を印加した金属放電電極３との間の酸素雰
囲気中の放電によりオゾンを発生する放電式オゾナイザ
ーにおいて、上記金属放電電極３をチタンにより構成
し、かつチタンの表面を予め陽極酸化法による不働態膜
加工し、かつ、この金属放電電極（３）はセラミック誘
電体（１）に多数の接触部と非接触部とを有する構造と
なし、上記セラミック誘電体１の対極２側面に冷却水が
流過する冷却室５を設けたことを特徴とする技術的手段
を講じたものである。

【００１０】また「請求項４」の発明は、セラミック誘
電体１の裏面に対極２を設け、該セラミック誘電体１の
表面と高電圧を印加した金属放電電極３との間の酸素雰
囲気中の放電によりオゾンを発生する放電式オゾナイザ
ーにおいて、上記金属放電電極３をチタンにより構成
し、かつチタンの表面を予め陽極酸化法による不働態膜
加工し、かつ、この金属放電電極（３）はセラミック誘
電体（１）に多数の接触部と非接触部とを有する構造と
なし、上記セラミック誘電体１は厚み０．７ｍｍ以下の
ものを使用し、その対極２側面に冷却水が流過する冷却
室５を設けたことを特徴とする技術的手段を講じたもの
である。

【００１１】

【作用】それ故、本発明はチタンの表面を不働態膜加工
してあるので、チタンの表面に酸化皮膜が形成され放電
電極表面の金属が対向誘電体に移動するのを阻止する用
に作用するものである。

【００１２】そして、「請求項２」の発明は、不働態膜
加工を陽極酸化法によっているため、酸化皮膜が非常に
強靭で薄いため、放電条件には殆ど影響を与えず、放電
電極表面の金属が対向誘電体に移動するのを阻止する用
に作用するものである。

【００１３】さらに、「請求項３」と「請求項４」との
発明は、金属放電電極３はセラミック誘電体１に多数の
接触部と非接触部とを有する構造となし、セラミック誘
電体１の裏面に冷却室５を設けてあるので、放電部が冷
却されオゾン発生効率を向上する作用を呈し、特に「請
求項４」の発明はセラミック誘電体１を０．７ｍｍ以下
と薄く構成したので熱伝導率がよく冷却効率乃至オゾン
発生効率が向上する作用を呈するものである。

【００１４】

【実施例】次ぎに、本発明の実施例を添付図面を参照に
詳細に説明する。先ず、本発明オゾナイザーの電極は、
セラミック誘電体１の裏面に対極２を設け、該セラミッ
ク誘電体１の表面と高電圧を印加した金属放電電極３と
の間の酸素雰囲気中の放電によりオゾンを発生するよう
になしてあるのは従来と同じである。

【００１５】上記セラミック誘電体１としては、例えば
通常厚み１ｍｍ程度のの９９％アルミナセラミックを使
用し、裏面に対極２を重ねてある。なお、この対極２は
適宜金属材が使用され、あるいは該セラミック誘電体１
の裏面側を覆う冷却室５内の冷却水を対極として利用し
てもよい。

【００１６】また、上記冷却室５はセラミック誘電体１
の裏面中央部を殆どの範囲で覆う箱状に構成され絶縁材
５ｃで絶縁性を保ってセラミック誘電体１の裏面側に配
設し、一端流入口５ａから冷却水が流入し流出口５ｂよ
り流出するようになしてある。

【００１７】そして、上記セラミック誘電体１の表面側
には金属放電電極３が、該セラミック誘電体１に対して
対設してある。通常、この金属放電電極３はセラミック
誘電体１との間に数ミリ、例えば２ｍｍの間隔を有して
対設され、金属放電電極３と対極２とを高圧高周波電源
装置４に連結し、上記間隙に放電を発生させ、かつ、こ
の間隙内を酸素または酸素含有空気（原料気体）が通過
し酸素がオゾン化されるようになしてある。

【００１８】そして、図示例ではこの絶縁性カバー６の
外面も、これを覆う冷却室７が設けられている。この冷
却室７は前記冷却室５と同様、上記絶縁性カバー６の外
面中央部を殆どの範囲で覆う箱状に構成され、一端流入
口７ａから冷却水が流入し流出口７ｂより流出するよう
になしてある。なお、この冷却室７は金属放電電極３に
直接冷却水が接触すると冷却水に高電圧が流れ危険であ
るので、絶縁性カバー６を介することになり、その分冷
却効率が低くなるので、通常は省略されることが多い。

【００１９】なお、「図１」中、８，８は締着螺子を示
すものである。

【００２０】本発明は上記のごときオゾナイザーに利用
されるもので、先ず、金属放電電極３をチタンにより構
成している。

【００２１】発明者はセラミック誘電体と多種の金属電
極との組み合わせを、濃密放電・酸素雰囲気において実
験した。先ず化学的に安定した金属として、金（Ａｕ）
と白金（Ｐｔ）という代表的な貴金属電極を使用して放
電実験を行い、セラミック表面への金属付着を観察した
のであるが、意外にも白金（Ｐｔ）電極が最も悪く多量
の黒色の付着が見られた。同じく金（Ａｕ）電極もかな
りの付着が認められたので貴金属電極はこの用途に不可
と判断された。

【００２２】種々の金属のうちステンレス鋼、とくにＳ
ＵＳ３１６−Ｌと、チタン（Ｔｉ）とが貴金属電極より
はセラミック表面への金属付着が少ないことが判明し
た。この両者に共通する点は酸化雰囲気において表面に
強固な酸化膜が生成され、それ以上の酸化の進行を阻止
する現象である。さらに両者を比較したところチタンが
優れており長時間の運転後もセラミック表面には一定の
付着以上は進行しておらず安定したオゾン発生状態を持
続していたことを知った。長時間運転するとチタン電極
の表面は黒色化しており、表面電子顕微鏡などの観察に
よりこの黒色膜は放電によって生成された薄い酸化膜で
あり、この膜はオゾン放電の障害にはならないことを知
ったためである。

【００２３】そして、本発明は上記チタンの表面を予め
不働態膜加工を施している。チタンは特に酸化に強い所
謂耐食性が極めて高く、その耐食性は金属チタンの表面
に不働態化被膜を形成することに起因するといわれてい
る。

【００２４】そこで、発明は上記チタン製の金属放電電
極３を初めからその表面を酸化膜で覆うことを試みた。
特に電気化学的な陽極酸化法でチタン電極の表面を酸化
して生成せしめた不働態化膜を形成せしめた電極を使用
すると強力・濃密な放電下でもセラミック誘電体の表面
を汚染しないことを見いだした。

【００２５】上記陽極酸化法による不働態膜加工は、電
解槽１０内に電解液を入れ、陽極側に金属放電電極３
を、陰極１２側にチタン板を対向して吊り下げ、直流電
源１１に連結する。このような電気化学的陽極酸化法は
代表的にはアルミニュームの表面不働態化に応用されて
いるが、電解液としては水に若干の電解質、例えばリン
酸等を添加したものを使用する。

【００２６】そして、上記陽極酸化法による不働態膜加
工は、従来は、電解質と上記金属放電電極３とが反応し
て行なわれるとしていたが、最近では、電解質は水の導
電度を高める目的を果たし、陽極において水が電気分解
され、陽極側の金属放電電極３と水との界面に発生する
ラジカル酸素の強力な酸化力によって、該金属放電電極
３の表面に酸化膜が形成されるものと考えられている。

【００２７】具体的な陽極酸化法として、４リットルの
電解槽１内に０．１％のリン酸塩水溶液を満たし、陽極
に１００ｍｍ角のグレーティング板状の金属放電電極３
を吊り下げ電解槽１内に浸漬し、平行して約５０ｍｍの
間隔にチタン板の同じ寸法の陰極１２を配設し、直流電
源１１より１００Ｖの直流電流を通電したところ、陰極
１２からは活発に水素気泡が発生し、同時に金属放電電
極３表面は急激に変色しながら微細な酸素気泡が発生す
ることが認められた。そして、通電を開始した際は１．
５Ａの電流が流れたが、約３０秒通電すると約１．０Ａ
まで電流値が下がり、金属放電電極３派黒色の酸化膜で
覆われ、それ以上の変化が認められなかったので、陽極
酸化が完了したものとして通電を停止し、金属放電電極
３を取り出し、水洗後乾燥した。

【００２８】チタン製の金属放電電極３の表面酸化法に
は上記陽極酸化法以外にも種々可能で、本発明はそれら
を使用してもよく、特にチタンを加熱することによって
表面に酸化膜が生成することを知ったが、この方法で処
理した金属放電電極３を使用すると未処理よりはセラミ
ック誘電体１への汚れ付着が減り一応目的を達成できる
が、陽極酸化法のごとき完全な付着防止を行うことが出
来なかった。その差は電気化学的処理によって均一に膜
が形成され、しかも膜の酸化物と原金属チタンの分子的
吸引力、言い換えると層間引力が放電に十分抵抗できる
ほど強固であるためと解釈され、この酸化膜が非常に薄
く強靭であり放電の障害にはならない上金属イオンの流
出を妨げる作用を有することを知ったものである。

【００２９】また、酸化剤による表面酸化も想定できる
が、液相の酸化剤は表面酸化膜に強度が少なく実用に供
さないものであり、気相の酸化剤としてオゾンを使用し
たところ、オゾン接触時間に１０時間以上を要し、製造
が複雑であるばかりか、反応に使用したオゾンは絶えず
新たなオゾンを供給しその殆どが反応には使用されず廃
棄され、大変高価なものとなって一応初期の目的は達成
できるも経済的に実用性を見出せなかった。

【００３０】そこで、「図１」の水冷式セラミックオゾ
ナイザーを使用して、金属放電電極３に前記１００ｍｍ
角のものを使用し、金属放電電極３と対極７との間に８
Ｋｖ・５Ｋｃのパルス電圧を印加し、金属放電電極３
（正確には絶縁性カバー６）とセラミック誘電体１との
間に毎分４リッターの酸素を流過させ、本発明金属放電
電極３と対象物として同寸法の未処理チタン製グレーテ
ィング板状の金属放電電極とを比較して連続運転時のオ
ゾン発生量を比較したところ次ぎの「表１」の通りであ
った。なお、「表１」の値の単位は（オゾンｇ／時間）
である。

【００３１】

【表１】

【００３２】なお、図示例及び「請求項３」の発明で
は、上記金属放電電極３は、セラミック誘電体１に接触
部と非接触部とを有する構成となしてある。具体的に
は、金属放電電極３として金網体、正確には、ラス網と
称される打ち抜き網板（以下、グレーティング板と称す
る。）を使用しており、このグレーティング板はセラミ
ック誘電体１に接触部と非接触部とを有して重なるよう
になしてある。

【００３３】従来の無声放電式オゾナイザーでは、上記
のようにして金属放電電極３とガラス製誘電体とを一部
にせよ接触させることは、均一な放電界が形成されず、
また、ガラス製誘電体が破損することがあるので採用さ
れていなかったが、セラミック誘電体１を使用する最近
のオゾナイザーでは、セラミック誘電体１の誘電率から
金属放電電極３が該セラミック誘電体１に接触する界面
部位で濃密度な沿面放電が形成されるため、この沿面放
電をも利用する目的でこの種方式もすでに提案されてい
る。なお、この金属放電電極３はグレーティング板に代
え通常の金網を使用したり、多孔板を使用したり、セラ
ミック誘電体１の表面に金属放電電極３をあるパターン
状にプリント手段で積層したりするものも提案されてお
り、本発明はこれらを応用してもよいのは無論である
が、特に、上記金属放電電極３をセラミック誘電体１に
接触部と非接触部とを有する構成となすと、金属放電電
極３に蓄積される熱エネルギーは接触部を介して効率的
にセラミック誘電体１側に移動して冷却室５によって冷
却され易いという利点を有するものである。

【００３４】なお、図示例のように金属放電電極３に金
網を使用した場合は、原料気体は該金網内を通過するの
で、この金網よりなる金属放電電極３のセラミック誘電
体１とは反対側面に絶縁性カバー６を重ねて、原料気体
は「図１」奥手前方向に流過するようになしてある。

【００３５】さらに、「請求項」の発明は上記セラミッ
ク誘電体１の厚みを０．７ｍｍ以下となしている。ここ
で０．７ｍｍ以下とした理由は、実測の結果冷却効率が
厚み０．７ｍｍを境として飛躍的に向上したためで、無
論それより薄くても差し支えはないが、現在のところ、
加工精度と機械的強度の面からセラミック誘電体１の厚
みの最低限度は０．５ｍｍ程度とされいる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は上記のごときであるので、金属
放電電極３を予め不働態膜加工してあるので、セラミッ
ク誘電体１の裏面が汚染されないオゾナイザーの電極を
提供できるものである。

【００３７】また、本発明は単にセラミック誘電体１の
表面の汚染を防止するのみならず発生オゾン中への金属
イオンの溶出がない清浄なオゾンを供給することが可能
となり金属等の混在を避けたいオゾンの用途、例えば半
導体のアッシングや洗浄、さらに医薬品・食品等の殺菌
処理等の多くの分野に役立つ特長を持つものである。

【００３８】特に、「請求項２」の発明では、陽極酸化
法による不働態膜加工してあるので、不働態膜が強靭
で、例え不働態膜が薄くても長期的にセラミック誘電体
１の表面の汚染を防止するオゾナイザーの電極を提供で
きるものである。

【００３９】さらに、「請求項３」及び「請求項５」の
発明は、金属放電電極３はセラミック誘電体１に多数の
接触部と非接触部とを有する構造となし、セラミック誘
電体１の裏面に冷却室５を設けてあるので、放電部の発
熱は一部は直接広い面積のセラミック誘電体１を介し、
他部は金属放電電極３とこれに接触するセラミック誘電
体１とを介して熱伝導よく冷却され、オゾン発生効率を
向上し、特に「請求項４」の発明はセラミック誘電体１
を０．７ｍｍ以下と薄く構成したので熱伝導率がよく冷
却効率乃至オゾン発生効率が向上するオゾナイザーの電
極を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明オゾナイザーの電極を使用したオゾナイ
ザーの一実施例を示す断面図である。

【図２】本発明オゾナイザーの電極を加工する装置例断
面図である。

【符号の説明】

１ セラミック誘電体 ２ 対極 ３ 金属放電電極 ５ 冷却室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック誘電体（１）の裏面に対極
   （２）を設け、該セラミック誘電体（１）の表面と高電
   圧を印加した金属放電電極（３）との間の酸素雰囲気中
   の放電によりオゾンを発生する放電式オゾナイザーにお
   いて、 上記金属放電電極（３）をチタンにより構成し、かつチ
   タンの表面を予め不働態膜加工することを特徴とするオ
   ゾナイザーの電極。
2. 【請求項２】 セラミック誘電体（１）の裏面に対極
   （２）を設け、該セラミック誘電体（１）の表面と高電
   圧を印加した金属放電電極（３）との間の酸素雰囲気中
   の放電によりオゾンを発生する放電式オゾナイザーにお
   いて、 上記金属放電電極（３）をチタンにより構成し、かつチ
   タンの表面を予め陽極酸化法による不働態膜加工するこ
   とを特徴とするオゾナイザーの電極。
3. 【請求項３】 セラミック誘電体（１）の裏面に対極
   （２）を設け、該セラミック誘電体（１）の表面と高電
   圧を印加した金属放電電極（３）との間の酸素雰囲気中
   の放電によりオゾンを発生する放電式オゾナイザーにお
   いて、 上記金属放電電極（３）をチタンにより構成し、かつチ
   タンの表面を予め陽極酸化法による不働態膜加工し、か
   つ、この金属放電電極（３）はセラミック誘電体（１）
   に多数の接触部と非接触部とを有する構造となし、 上記セラミック誘電体（１）の対極（２）側面に冷却水
   が流過する冷却室（５）を設けたことを特徴とするオゾ
   ナイザーの電極。
4. 【請求項４】 セラミック誘電体（１）の裏面に対極
   （２）を設け、該セラミック誘電体（１）の表面と高電
   圧を印加した金属放電電極（３）との間の酸素雰囲気中
   の放電によりオゾンを発生する放電式オゾナイザーにお
   いて、 上記金属放電電極（３）をチタンにより構成し、かつチ
   タンの表面を予め陽極酸化法による不働態膜加工し、か
   つ、この金属放電電極（３）はセラミック誘電体（１）
   に多数の接触部と非接触部とを有する構造となし、 上記セラミック誘電体（１）は厚み０．７ｍｍ以下のも
   のを使用し、その対極（２）側面に冷却水が流過する冷
   却室（５）を設けたことを特徴とするオゾナイザーの電
   極。