特許 7203295 放電装置の製造方法および放電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-28

(45)【発行日】2023-01-12

(54)【発明の名称】放電装置の製造方法および放電装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20230104BHJP

【ＦＩ】

H05H1/24

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022559626

(86)(22)【出願日】2022-04-15

(86)【国際出願番号】 JP2022017910

【審査請求日】2022-09-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】501241645

【氏名又は名称】学校法人 工学院大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塩田 有波

(72)【発明者】

【氏名】葛本 昌樹

(72)【発明者】

【氏名】生沼 学

(72)【発明者】

【氏名】永井 裕己

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 光史

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００６／１０３９４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表平１１－５００７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２６６３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－００２５０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４

Ｃ０１Ｂ １３／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端が封止され、他端から内面に沿って筒状の給電部が挿入された誘電体管の内部に導電膜を形成する溶液を注入し、前記誘電体管の内面および前記給電部と前記誘電体管の内面との間に前記導電膜を形成する工程、
を含むことを特徴とする放電装置の製造方法。

【請求項2】

前記給電部は、前記導電膜と同種の金属であることを特徴とする請求項１に記載の放電装置の製造方法。

【請求項3】

前記給電部は、金属の薄板を筒状に加工して形成することを特徴とする請求項２に記載の放電装置の製造方法。

【請求項4】

前記給電部は、前記誘電体管との接合面に貫通穴が設けられたことを特徴とする請求項３記載の放電装置の製造方法。

【請求項5】

前記導電膜を形成する溶液は、金属前駆体液と有機還元剤を含むことを特徴とする請求項４に記載の放電装置の製造方法。

【請求項6】

前記金属前駆体液は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、およびＣｏからなる群より選択された少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項５に記載の放電装置の製造方法。

【請求項7】

前記有機還元剤は、アスコルビン酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、および３，４，５－トリヒドロキシ安息香酸からなる群より選択された少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項６に記載の放電装置の製造方法。

【請求項8】

前記形成された導電膜は、金属粒子の粒径が０．１～１０μｍであることを特徴とする請求項７に記載の放電装置の製造方法。

【請求項9】

前記形成された導電膜は、膜厚が０．１～１０μｍであることを特徴とする請求項８に記載の放電装置の製造方法。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の放電装置の製造方法で形成された前記導電膜が設けられた高電圧電極と、
前記高電圧電極と空隙を介して対向する接地電極と、
前記高電圧電極と前記接地電極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、
前記高電圧電源と前記高電圧電極の給電部を接続する給電線と、
を備えたことを特徴とする放電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、放電装置の製造方法および放電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

酸素を含む原料ガス中での放電によりオゾンを発生させる放電装置がある。従来の放電装置の中には、管状の接地電極内部に誘電体管が配置された構造のものがあり、誘電体管の外面が接地電極の内面と空隙部を介して対向している。誘電体管の内面には、高電圧を印加するための導電膜が設けられており、放電を発生させる高電圧電極として機能している。そして、空隙部に酸素を含む原料ガスを供給し、両電極間に高電圧を印加することにより空隙部に放電が発生し、この放電によりオゾン化ガスが生成される。

【0003】

上記のような放電装置を製造する際には、誘電体管内面に導電膜を形成する成膜工程が必要であり、様々な手法が開示されている。例えば、特許文献１で開示されている放電装置の製造方法においては、溶射法により誘電体管の内面にアルミ被膜を形成した後、さらにＮｉ－Ｃｒ被膜をアルミ被膜上に溶射して導電膜を成膜するという手法が示されている。また、特許文献２に開示されている放電装置の製造方法においては、スパッタ法あるいは蒸着法により誘電体管の内面にステンレス・スチール膜を成膜するという手法が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平７－２５０１号公報（段落００１０、図１）

【文献】特開２００７－１６９１３４号公報（段落００１７、図１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１および２に記載の溶射法、スパッタ法および蒸着法のような成膜手法は、導電膜を成膜するまでの工程が煩雑であり、また、成膜装置自体が高価であるという問題があった。さらに、誘電体管の内面に導電膜を形成した後に、高電圧電極と高電圧電源とを接続するための給電部を別途誘電体管に接合する工程が必要であるが、接合した給電部の剥離あるいは電気的接触不良などが懸念されるという問題があった。

【0006】

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、簡易な工程で低コストかつ高品質な放電装置の製造方法および放電装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願に開示される放電装置の製造方法は、一端が封止され、他端から内面に沿って筒状の給電部が挿入された誘電体管の内部に導電膜を形成する溶液を注入し、前記誘電体管の内面および前記給電部と前記誘電体管の内面との間に前記導電膜を形成する工程、を含むことを特徴とする。

【0008】

本願に開示される放電装置は、上記導電膜が設けられた高電圧電極と、前記高電圧電極と空隙を介して対向する接地電極と、前記高電圧電極と前記接地電極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、前記高電圧電源と前記高電圧電極の給電部を接続する給電線と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本願によれば、簡易な工程で低コストかつ高品質な放電装置を製造することができ、装置自体の製造コストを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１による放電装置の製造方法による放電装置の製造工程を説明するためのフローチャート図である。

【図2】実施の形態１に係る放電装置の製造方法による放電装置の製造工程を示す平面図である。

【図3】実施の形態１に係る放電装置の製造方法による放電装置の製造工程を示す斜視図である。

【図4】実施の形態１に係る放電装置の製造方法による放電装置の製造工程を示す断面図である。

【図5】実施の形態１に係る放電装置の製造方法による放電装置の製造工程を示す断面図である。

【図6】実施の形態１に係る放電装置の製造方法により形成された高電圧電極の構成を示す断面図である。

【図7】実施の形態２に係る放電装置の製造方法で用いる給電部を示す斜視図である。

【図8】実施の形態３に係る放電装置の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本願を実施するための実施の形態に係る放電装置の製造方法および放電装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

【0012】

実施の形態１．
図１は、本願の実施の形態１に係る放電装置の製造方法による放電装置の製造工程を示すフローチャート図である。図２から図５は、図１の各製造工程を説明するための図である。図２は導電膜の成膜に用いられる給電部材の展開図であり、図３は加工した給電部の斜視図である。図４および図５は給電部を挿入した誘電体管の断面図であり、それぞれ誘電体管に導電膜を形成する前の状態、導電膜を形成するための溶液を注入した状態を示す。これらの図を用いて、本願の実施の形態１に係る放電装置の製造方法について説明する。

【0013】

最初の製造工程では、導電膜の成膜に用いられる金属の薄板で形成された給電部材を、片側を封止した誘電体管に挿入するため筒状に加工する（図１のステップＳ１０１）。図２に示すように、給電部材１は、厚さ約０．１ｍｍの金属板であり、辺Ａと辺Ｂの矩形からなる面１ａと、辺Ｃと辺Ｄの矩形からなる面１ｂで構成されている。

【0014】

なお、辺Ｂに対して平行な方向をＸ軸方向、垂直な方向をＹ軸方向としている。面１ｂは辺Ｂの中心に位置していることが好ましいが、必ずしも中心に位置している必要はない。辺Ａは２０ｍｍ以上が好ましく、２０～４０ｍｍがより好ましい。辺Ｂは５０ｍｍ以上が好ましく、５２．５～５３ｍｍがより好ましい。５２．５～５３ｍｍにすることで、給電部材１の面１ａを筒状にして誘電体管に挿入した際、給電部材１が誘電体管内に拡がり、より密着性を向上させることができる。辺Ｃは５ｍｍ以上であることが好ましい。辺Ｄは１０ｍｍ以上が好ましく、給電部材の強度の観点から１０～２０ｍｍがより好ましい。

【0015】

また、図２において辺Ｃは辺Ｂよりも短くなっているが、辺Ｂと同じ長さであってもよい。給電部材１の材質としては、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、およびコバルト（Ｃｏ）等が挙げられる。電気的接触が良好であるという観点からは、Ｃｕ、Ａｇが好ましく、Ｃｕがより好ましい。

【0016】

給電部材１の面１ａを、Ｙ軸方向を回転軸として丸め込み筒状に加工することで、図３に示すような筒状部分１１ａを有する給電部１１が形成される。これにより、後述の工程である給電部を誘電体管の内部に挿入する際、給電部と誘電体管の密着性を向上させることができる。筒状に加工するに際して、筒状部分１１ａは辺Ａ同士が隙間なく接合されていることが望ましいが、重なって接合されていてもよい。

【0017】

続いて、筒状に加工した給電部１１の筒状部分１１ａを誘電体管２の内面に沿って挿入する（図１のステップＳ１０２）。図４に示すように、給電部１１は、筒状部分１１ａを誘電体管２の内部に完全に挿入させるが、面１ｂである給電部１１のリード線１１ｂの一部は誘電体管２の内部に、一部は誘電体管２の外にはみ出す位置に設置させる。これにより、高電圧電源に接続するための給電線と給電部とを容易に接続することができる。なお、筒状部分１１ａは誘電体管２の内部に完全に挿入されていることが好ましいが、筒状部分１１ａの一部が誘電体管２の外にはみ出してもよい。

【0018】

次いで、給電部１１を挿入した誘電体管２の内部に導電膜を形成するための溶液を注入する（図１のステップＳ１０３）。誘電体管２に導電膜４を形成するための溶液３を、給電部１１の辺Ａの高さまで注入する。図５は、誘電体管２に導電膜４を形成するための溶液３を注入した後の状態を示す。溶液３は、金属前駆体液と有機還元剤を含む混合溶液である。なお、溶液３において、金属前駆体液と有機還元剤とを混合して得られる混合溶液中の金属前駆体液および有機還元剤の含有量には、特に制限はない。

【0019】

金属前駆体液は、金属錯体および金属塩からなる群より選ばれる少なくとも１種（以下、特定金属化合物と総称）と、アンモニアおよびアミンから選ばれる少なくとも１種と、溶媒と、を含む混合溶液である。金属前駆体液に含まれる金属としては、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｏ等が挙げられる。

【0020】

金属錯体は、金属錯体を生成し得るＮＨ_３配位子、ＲＮＨ_２配位子（Ｒはアルキレン基を表す）、ＯＨ_２配位子、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン由来の配位子を部分構造として有する化合物から選ばれる金属錯体形成用の化合物の１種以上と、金属イオンとの反応生成物であることが好ましい。金属錯体における金属としては、給電部１１の給電部材１と同種であることが好ましい。金属錯体としては、例えば、金属としてＣｕを含む、エチレンジアミン四酢酸銅、テトラアンミン銅等が好ましく挙げられる。電気的接触が良好であるという観点からは、Ｃｕ、Ａｇ等が好ましく、Ｃｕがより好ましい。

【0021】

金属塩は、水を含む溶媒中で解離して金属イオンとなり、金属錯体を形成し得る機能を有する金属化合物である。本開示における金属塩とは、２５℃の水に可溶な金属塩を指す。２５℃の水に可溶とは、２５℃の水に対する溶解度が０．１質量％以上であることを指し、溶解度は１質量％以上であることが好ましい。金属塩が水に可溶であることで、金属塩は水を含む溶媒中で解離して金属イオンとなり、当該金属イオンが溶媒中に含まれるアミン類と反応して金属錯体が得られる。さらに、溶媒中に所望により錯体形成用の化合物が含まれる場合には、当該金属イオンと錯体形成用の化合物とが反応して金属錯体が形成される場合がある。

【0022】

金属錯体形成用の化合物としては、より具体的には、アンモニア、ギ酸アンモニウム、及びエチレンジアミン四酢酸（以下、Ｈ_４ＥＤＴＡと称する）から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、これらの化合物は、水溶液として混合液中に含まれることが好ましい。なかでも、混合液は、金属錯体形成用化合物としてのＨ_４ＥＤＴＡ水溶液を含むことがより好ましい。

【0023】

なお、金属前駆体液は、金属錯体および金属塩の双方を含んでもよい。また、混合液が特定金属化合物を２種以上含有する場合、例えば、同じ金属を含み配位子の異なる金属錯体同士の組み合わせ、異なる金属を含む金属錯体同士の組み合わせのいずれであってもよい。合成適性上は、同種の金属を含む金属錯体同士の組み合わせであることが好ましい。

【0024】

アンモニアは、アミンと同様の塩基性を有することから、以下、アンモニアおよびアミンから選ばれる少なくとも１種を「アミン類」と総称することがある。アミン類は、混合溶液中に、塩化合物として含まれていてもよい。混合溶液は、アミン類を１種のみ含んでもよく、２種以上を含んでもよい。

【0025】

溶媒は、水、水とアルコールとの混合物などの水性溶媒を用いることができる。水は、不純物、特に金属イオン以外のイオンの含有量が少ないことが好ましく、そのような観点からは、精製水、イオン交換水、純水などを用いることが好ましい。アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ－プロパノール、イソブタノール、ｎ－ブタノール等の炭素数１～１０の１価のアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、およびグリセリン等の多価アルコールが挙げられる。特定金属化合物の溶解性およびハンドリング性の観点からは、水性溶媒として、水、または、水と炭素数１～５の１価のアルコールとの混合物が好ましく、水、または、水と、メタノール、エタノール、およびプロパノールから選ばれるアルコールと、の混合物がより好ましく、水がさらに好ましい。

【0026】

金属前駆体液は、溶媒中に、特定金属化合物とアミン類とを含有させ、十分に撹拌して
混合することで調製することができる。混合は、常温で行ってもよく、溶解を促進する目的で、溶媒を４０℃～６０℃に加温して行ってもよい。

【0027】

有機還元剤は、カルボキシ基を有する化合物から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。有機還元剤として、分子内にカルボキシ基を有し、還元剤としての機能を有する有機カルボン酸化合物から適宜選択して用いることが好ましい。

【0028】

有機還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、および３，４，５－トリヒドロキシ安息香酸等から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、導電膜の形成性がより良好であるという観点からは、アスコルビン酸、クエン酸、および３，４，５－トリヒドロキシ安息香酸から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、アスコルビン酸、およびクエン酸から選ばれる少なくとも１種であることがより好ましい。

【0029】

有機還元剤としてアスコルビン酸を含むことが、本開示の好ましい態様の一つとして挙げられる。有機還元剤は、水溶液として用いられることが好ましい。水溶液の調製に用いられる水は、金属イオンを含まないか、或いは、金属イオン濃度ができるだけ低いことが、得られる金属膜の均一性の観点から好ましく、従って、水溶液の調製に用いられる水は、精製水、イオン交換水、純水などを用いることが好ましい。特定還元剤を水に溶解する際には、溶解性を向上させる目的で、溶媒である水を３０℃～６０℃に加温してもよく、３５℃～４５℃に加温することが好ましい。また、溶解は撹拌しながら行ってもよい。

【0030】

続いて、導電膜形成用の溶液を誘電体管２に所定時間静置し、誘電体管２に導電膜４を形成させる（図１のステップＳ１０４）。図５に示す導電膜４を形成するための溶液３を注入した誘電体管２を所定時間静置させることで、誘電体管２の内面に金属錯体が吸着し、緻密な導電膜４が形成され、導電膜４が給電部１１と誘電体管２の内面との間にも成膜される。緻密な膜を形成することにより、耐腐食性を高めることが可能となる。

【0031】

溶液３は給電部１１と誘電体管２の間に染み込むため、給電部１１と導電膜４が同種の金属であり、給電部１１と導電膜４は密着性に優れている。例えば、金属としてＣｕを用いた場合には、Ｃｕ錯体に由来するＣｕのナノ粒子が基材に付着してＣｕ膜が形成され、電気的接触が良好なものとなる。なお、導電性の観点から、成膜された金属粒子の粒径は０．１～１０μｍであることが好ましく、１μｍがより好ましい。また、誘電体管２の内面に成膜された導電膜４の膜厚は、耐腐食性、電気伝導性、生産性の観点から、０．１～１０μｍであることが好ましい。

【0032】

また、溶液３に含まれる金属錯体がアンモニウム基、エチレンジアミンに由来する配位子等を有する場合には、金属錯体は、誘電体管との密着性が良好となる。従って、当該金属錯体を用いて形成された導電膜は誘電体管との密着性に優れることが期待できる。

【0033】

静置時間は、例えば常温（２５℃）においては、６時間以上であることが好ましく、１２時間以上であることがより好ましい。基材としての誘電体管２の内部に形成された金属膜である導電膜４の形成用組成物層を静置することで、溶液３に含まれる金属が基材に吸着して導電膜４が形成される。静置時間の上限には特に制限はないが、生産性等を考慮すれば、１２０時間以下とすることができ、９０時間以下が好ましい。なお、誘電体管２を静置させる場合、誘電体管２の設置方法に特に制限はなく、例えば、導電膜を形成するため静置している間に誘電体管２を重力方向に対し円周方向に９０°、１８０°などの角度で回転させてもよい。

【0034】

最後に、導電膜４を形成した溶液を誘電体管２から排出し（図１のステップＳ１０５）、誘電体管２の内部を乾燥させることで、導電膜４の形成が完了する。図６は、上記の実施の形態１に係る放電装置の製造方法により導電膜４を形成した誘電体管２を用いた高電圧電極である。

【0035】

以上のように、本実施の形態１に係る放電装置の製造方法によれば、一端が封止された誘電体管２の内部に導電膜４を形成する溶液３を注入し、誘電体管２の内面に導電膜４を形成する工程、を含むようにしたので、溶射法およびスパッタ法と比較して安価で、かつ緻密な導電膜を成膜することができる。さらに、誘電体管２の内面に沿って筒状の給電部１１を挿入し、給電部１１と誘電体管２の内面との間に導電膜４を形成する工程、を含むようにしたので、導電膜の形成と給電部の導電膜への接続が同時にでき、簡易な工程で低コストかつ高品質な放電装置を製造することができる。

【0036】

実施の形態２．
実施の形態１では、給電部１１の形成に通常の金属の薄板を用いた場合について説明したが、実施の形態２では、貫通穴が設けられた金属の薄板を用いた場合について説明する。

【0037】

図７は、本願の実施の形態２に係る放電装置の製造方法で用いる給電部を示す斜視図である。図７に示すように、実施の形態２で用いる給電部２１は、誘電体管２の内面に接続する給電部２１の接合面である筒状部分２１ａに、複数の貫通穴２１ｈが設けられている。貫通穴２１ｈの外径は２～５ｍｍが好ましい。貫通穴５は複数あることが好ましいが、一つでもよい。実施の形態２に係る放電装置の製造方法で形成する高電圧電極のその他の構成およびその製造方法については、実施の形態１に係る放電装置の製造方法で形成する高電圧電極と同様であり、その説明を省略する。

【0038】

このように、給電部２１に貫通穴２１ｈを設けることで、給電部２１と導電膜４の密着性をさらに向上させることができる。

【0039】

以上のように、本実施の形態２に係る放電装置の製造方法によれば、給電部２１に、誘電体管２との接合面に貫通穴２１ｈを設けるようにしたので、実施の形態１での効果に加えて、給電部と導電膜の密着性をさらに向上させることができ、さらに高品質な放電装置を製造することができる。

【0040】

実施の形態３．
図８は、本願の実施の形態３に係る放電装置の構成を示す断面図である。図８に示すように、本実施の形態３の放電装置１００は、実施の形態１および実施の形態２で説明した放電装置の製造方法で形成した導電膜４が設けられた高電圧電極６と、高電圧電極６と空隙を介して対向する接地電極８と、高電圧電極６と接地電極８との間に高電圧を印加する高電圧電源９と、高電圧電源９と給電部１１を接続する給電線１０と、を備え、当該空隙部分に原料ガスを供給し、高電圧電極６と接地電極８間に高電圧を印加することにより、空隙部分で活性種を発生する。

【0041】

原料ガスは、例えば、酸素を含み、このとき活性種としては酸素原子およびオゾンなどが発生する。

【0042】

このように、放電装置１００は、上記の実施の形態１および実施の形態２に記載の放電装置の製造方法により形成した導電膜４が設けられた高電圧電極６を備えることで、装置自体の製造コストを抑制することができる。

【0043】

以上のように、本実施の形態３に係る放電装置１００によれば、上記の実施の形態１および実施の形態２に記載の放電装置の製造方法により形成した導電膜４が設けられた高電圧電極６と、高電圧電極６と空隙を介して対向する接地電極８と、高電圧電極６と接地電極８との間に高電圧を印加する高電圧電源９と、高電圧電源９と高電圧電極６の給電部１１を接続する給電線１０と、を備えるようにしたので、装置自体の製造コストを抑制することができる。

【0044】

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0045】

２ 誘電体管、３ 溶液、４ 導電膜、１１ 給電部、１１ａ 筒状部分、１００ 放電装置。

【要約】

一端が封止された誘電体管（２）の内部に導電膜（４）を形成する溶液（３）を注入し、誘電体管（２）の内面に導電膜（４）を形成する工程を含み、緻密な導電膜（４）を成膜する。さらに、誘電体管（２）の内面に沿って筒状の給電部（１１）を挿入し、給電部（１１）と誘電体管（２）の内面との間に導電膜（４）を形成する工程を含み、導電膜（４）の形成と給電部（１１）の導電膜（４）への接続を同時に行い、簡易な工程により低コストかつ高品質で製造する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】