誘電性構造体、誘電性構造体を用いた反応装置、および誘電性構造体の製造方法
【課題】プラズマの放電状態を容易に制御することができる誘電性構造体を提供する。
【解決手段】誘電性構造体（１）は、一方向に配列された複数の誘電体（３）と、該各誘電体（３）の内部に設けられた複数の導体層（７）からなる電極（６）とを有する。そして、電極（６）間に電圧を印加することにより誘電体（３）間にプラズマを発生可能である。誘電体（３）の少なくとも１つにおいて、電極（６）は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方（９）を有する第１導体層（７ａ）と、貫通孔および欠け部（９）の少なくとも一方に対応する位置に設けられ、第１導体層（７ａ）に電気的に接続される第２導体層（７ｂ）とからなる。
【解決手段】誘電性構造体（１）は、一方向に配列された複数の誘電体（３）と、該各誘電体（３）の内部に設けられた複数の導体層（７）からなる電極（６）とを有する。そして、電極（６）間に電圧を印加することにより誘電体（３）間にプラズマを発生可能である。誘電体（３）の少なくとも１つにおいて、電極（６）は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方（９）を有する第１導体層（７ａ）と、貫通孔および欠け部（９）の少なくとも一方に対応する位置に設けられ、第１導体層（７ａ）に電気的に接続される第２導体層（７ｂ）とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプラズマ発生体として用いられる誘電性構造体、誘電性構造体を用いた反応装置、並びに誘電性構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ放電技術は、オゾン発生器、電気集塵装置、空気清浄機、および有害ガス分解装置など幅広い分野において利用されている技術である。このプラズマ放電技術を用いるためのプラズマ発生体として、例えば、一方向に配列された複数の平板状電極を有するものがある。このようなプラズマ発生体においては、電極間に高電圧を印加してプラズマ場を発生させる。このプラズマ場内に流体を通過させると、流体中の物質を分解することが可能となり、例えば排ガスの浄化に用いることができる。なお、電極を絶縁体で覆うことにより、流体による電極の腐食を抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のプラズマ発生体においては、プラズマ放電の起点を制御できず、結果としてプラズマ放電が不均一になる場合があった。すなわち、平板状電極で挟まれた空間において放電状態の制御が困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマの放電状態を容易に制御することができる誘電性構造体、その誘電性構造体を用いた放電装置、並びに誘電性構造体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の誘電性構造体は、一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に設けられた複数の導体層からなる電極とを有し、電極間に電圧を印加することにより誘電体間にプラズマを発生可能である。誘電体の少なくとも１つにおいて、電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第１導体層と、貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、第１導体層に電気的に接続される第２導体層とを備える。この誘電性構造体を、第１誘電性構造体という。
【０００６】
第１誘電性構造体において、好ましくは、複数の誘電体のうち対向する少なくとも一組の第１誘電体および第２誘電体において、第１誘電体および第２誘電体の各電極は、第１導体層と第２導体層とからなる。また、第１誘電体の第２導体層と第２誘電体の第２導体層は対向している。この誘電性構造体を、第２誘電性構造体という。
【０００７】
第２誘電性構造体において、好ましくは、第１誘電体において、第２導体層は、第２誘電体に対向する第１誘電体の表面と第１導体層との間に位置しており、第２誘電体において、第２導体層は、第１誘電体に対向する第２誘電体の表面と第１導体層との間に位置している。この誘電性構造体を、第３誘電性構造体という。
【０００８】
第１誘電性構造体において、好ましくは、第１誘電体において、第２導体層は、第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と第１導体層との間に設けられる。また、第２誘電体において、第２導体層は、第１導体層に関して、第１誘電体に対向する表面と反対側に設けられる。この誘電性構造体を、第４誘電性構造体という。
【０００９】
第１誘電性構造体において、好ましくは、複数の誘電体は、交互に配列される第１誘電体と第２誘電体とを有する。第１誘電体の電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第１導体層と、貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、第１導体層に電気的に接続される第２導体層とからなる。第２誘電体の電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第３導体層と、貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、第３導体層に電気的に接続される第４導体層とからなる。第１誘電体において、第２導体層は、第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と第１導体層との間に設けられる。第２誘電体において、第４導体層は、第３導体層に関して、第１誘電体に対向する第２誘電体の表面と反対側に設けられる。第２導体層は、第３導体層に対向し、第４導体層は、第１導体層に対向する。隣接する誘電体間において、第２導体層と第３導体層との間の距離、および第４導体層と第１導体層との間の距離は等しい。この誘電性構造体を、第５誘電性構造体という。
【００１０】
第１誘電性構造体乃至第５誘電性構造体のいずれかにおいて、好ましくは、少なくとも１つにおいて、第２導体層は、第１導体層に、第２導体層と第１導体層との間に設けられた貫通導体によって電気的に接続されている。この誘電性構造体を、第６誘電性構造体という。
【００１１】
第１誘電性構造体乃至第６誘電性構造体のいずれかにおいて、好ましくは、少なくとも１つの誘電体において、第２導体層に対向する表面に触媒が担持されている。
【００１２】
本発明の反応装置は、前記いずれかに記載の誘電性構造体と、誘電性構造体の電極間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、誘電体間に流体を供給可能な供給部とを備える。
【００１３】
本発明の製造方法は、前記いずれかに記載の誘電性構造体を製造方法であって、誘電体並びに該誘電体に設けられた電極を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の誘電性構造体によれば、プラズマの放電状態を容易に制御することができる。
【００１５】
本発明の反応装置によれば、プラズマの放電状態を容易に制御することができる反応装置を実現できる。
【００１６】
本発明の製造方法によれば、プラズマの放電状態を容易に制御することができる誘電性構造体を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の誘電性構造体の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、誘電性構造体をプラズマ発生体として用いる場合について説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１の誘電性構造体の平面図、図２（ｂ）は、図１の誘電性構造体の側面図である。また、図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）の誘電体３ｂの平面透視図、図３（ｃ）は、図２（ｂ）の誘電体３ｃの平面透視図である。図１から図３に示されるように、本実施の形態による誘電性構造体１は、基体２を備える。この基体２は、一方向に配列された複数の平板状の誘電体３ａ〜３ｄ（以下では、誘電体３ａ〜３ｄを区別せずに、単に「誘電体３」という場合がある。）と、複数の誘電体３ａ〜３ｄを所定の間隔をあけて支持する支持部４とを備える。誘電体３ａ〜３ｄと支持部４は、放電空間となる空洞５Ａ，５Ｂ，５Ｃ（以下では、空洞５Ａ〜５Ｃを区別せずに、単に「空洞５」という場合がある。）を構成する。
【００１９】
さらに、各誘電体３の内部には、電極６が設けられる。電極６は、空洞５を挟んで対向し、電極６間に電圧を印加することにより、空洞５内にプラズマを発生させることが可能である。
【００２０】
そして、誘電体３ｂ，３ｃの内部に設けられた電極６は、それぞれ２つの導体層からなる。具体的に、誘電体３ｂの内部に設けられた電極６は、複数の貫通孔を有する第１導体層７ａ１と、各貫通孔に対応する位置に設けられ、第１導体層７ａに電気的に接続される第２導体層７ｂ１とを有する。また、誘電体３ｃの内部に設けられた電極６は、複数の貫通孔を有する第１導体層７ａ２（以下では、第１導体層７ａ１，７ａ２を区別せずに、単に「第１導体層７ａ」という場合がある。）と、各貫通孔に対応する位置に設けられ、第１導体層７ａ２に電気的に接続される第２導体層７ｂ２（以下では、第２導体層７ｂ１，７ｂ２を区別せずに、単に「第２導体層７ｂ」とを有する。
【００２１】
さらに、基体２の端面には、第１導体層７ａ１と第２導体層７ｂ１とからなる電極６に電気的に接続される外部端子８ａと、第１導体層７ａ２と第２導体層７ｂ２とからなる電極６に電気的に接続される外部端子８ｂがそれぞれ設けられる。なお、本明細書で基体２とは、内部に形成された第１導体層７ａ等の他の部品を除いた部分をいい、後述するように誘電性構造体１が複数のセラミックグリーンシートの積層体とその各セラミックグリーンシートの表面および内部に形成された導電体ペーストを同時焼成して得られる場合には、その積層体のみをいう。
【００２２】
本実施の形態による誘電性構造体１では、隣接する電極６間に高電圧を印加して空洞５内にプラズマを発生させ、この空洞５内に例えば排気ガス等の流体を通過させることにより、流体中の化学物質を反応および分解させる。
【００２３】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、誘電体３ｂ，３ｃの内部に設けられた電極６は、貫通孔９を有する第１導体層７ａを有する。これにより、空洞５Ｂ内において、第１導体層７ａの貫通孔９の開口部、すなわち貫通孔９に接する第１導体層７ａの縁部に対応する領域は、プラズマ放電の起点となる。このように、貫通孔９に接する第１導体層７ａの縁部がプラズマ放電の起点となるのは、電極６間に電圧を印加した際に、第１導体層７ａの縁部に電界の集中が生じ、その縁部の電位を、周囲の誘電体３の電位と比較して高めることができるからである。
【００２４】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、第１導体層７ａの貫通孔９に対応する位置に第２導体層７ｂを設けていることから、隣接する電極６の対向領域（平面視して、電極６が重畳する領域）の面積が低減することによるプラズマ発生効率の低下を抑制することができる。また、同一誘電体３内での導電体７ａ，７ｂの重なり部分を小さくできることから、誘電体内での不要な浮遊容量を発生させることなく、プラズマ発生効率の低減を抑制できる。
【００２５】
なお、誘電性構造体１では、第２導体層７ｂは、放電状態を制御したい空洞５に接する誘電体３の表面と、その誘電体３の内部に設けられた第１導体層７ａとの間に設けられる。第２導体層７ｂは、誘電体３の内部に設けられているため、プラズマおよび流体による腐食を抑制することができる。
【００２６】
基体２は、電気絶縁材料から成り、例えば、セラミックスから成る。具体的に、基体２を製造する場合には、セラミックグリーンシートを準備し、次に準備したセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１３００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。電気絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム焼結体（アルミナセラミックス）がある。例えば酸化アルミニウム質焼結体から成るグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、およびマグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法若しくはカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形することによって得られる。
【００２７】
セラミックグリーンシートの積層体を作製する場合には、セラミックグリーンシートを積層した後圧着を行なう。圧着は３．０〜８．０ＭＰａ程度の圧力を加えて行ない、必要に応じて３５〜８０℃で加熱を行なう。このとき、空洞５を形成するために、すくなくとも１つのグリーンシートに貫通孔を形成する。また、セラミックグリーンシート同士の十分な接着性を得るために、溶剤と樹脂バインダーを混合するなどして作製した接着剤を用いてもよい。なお、電気絶縁材料としては、酸化アルミニウム質焼結体以外にも、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、コーディライト質焼結体、または炭化珪素質焼結体等が挙げられる。
【００２８】
第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂは、基体２内に保持されており、空洞５内にプラズマを発生させるための導電体として機能する。第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって基体２の内部に所定のパターンに形成することができる。導電体ペーストは、主成分の金属粉末に有機バインダーおよび有機溶剤、並びに必要に応じて分散剤等を加えて、ボールミル、三本ロールミル、またはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。導電体ペーストには、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の基体２との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加しても良い。
【００２９】
なお、図３に示すように、第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂは、基体２の内部に空洞５に露出することなく配設するほうがよい。第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂを基体２の内部に配設することにより、誘電体３が放電を妨げるバリヤの働きをし、対向する誘電体３間で発生するプラズマがアーク放電となって誘電体３が過熱されて破壊に至ることを抑制できる。
【００３０】
次に、基体２の外表面には、外部端子８ａ，８ｂが形成されている。電極６は、その端部が基体２の外表面近傍まで導出されており、外部端子８ａ，８ｂに直接に、または補助導電体を介して電気的に接続される。外部端子８ａ，８ｂは、外部電源から電極６に電圧を印加するための導電路として機能する。外部端子８ａ，８ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に外部端子８ａ，８ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって誘電性構造体１の所定の位置に形成することができる。外部端子８ａ，８ｂ用の導電体ペーストは、第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂ用の導電体ペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーおよび有機溶剤の量により印刷に適した粘度に調製される。
【００３１】
なお、外部端子８ａ，８ｂの露出する表面には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を形成しておくことが好ましい。なお、外部端子８ａ，８ｂが酸化腐食するのを抑制するとともに、外部端子８ａ，８ｂと外部電源の電源端子との接合をより強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次形成されていることが好ましい。なお、外部端子８ａ，８ｂにおいても、上述と同様に、高温下にて使用する場合には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で形成しておいても構わない。
【００３２】
あるいは、外部端子８ａ，８ｂは、基体２用のセラミックグリーンシートの焼成後に、所定の位置に貼り付けられた金属板でもよい。
【００３３】
そして、外部電源の電源端子を圧接または接合等の手段により外部端子８ａ，８ｂに電気的に接続し、外部端子８ａ，８ｂを通して電極６間に電圧を印加すると、電極６の対向面（平面視して、電極６が重畳する領域）の間にプラズマを発生させることができる。これにより、誘電性構造体１の一方側面から他方側面にかけて形成された空洞５内を通過する流体は、電極６間のプラズマを通過することとなり、このプラズマにより反応および分解されて、浄化される。
【００３４】
例えば、ＮＯＸ（窒素酸化物）は、酸素濃度が１％程度以下の低酸素条件下において、下記の式（１）および（２）に示された反応より分解して、Ｎ２およびＯ２が生成されて改質される。
【００３５】
２ＮＯ２ → ２ＮＯ＋Ｏ２・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ２ → Ｎ２＋２Ｏ２・・・・・・・・・・（２）
なお、電極６間にプラズマを発生させるために、周波数の高い交流電圧が印加される。印加される交流電圧は、必要とされるプラズマの強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）や酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体において印加される交流電圧の周波数は、例えば、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚである。
【００３６】
また、電極６間に印加する電圧は、交流電圧以外に、パルス電圧であってもよい。なお、交流電圧は、正弦波電圧に限らず、矩形波電圧若しくは方形波電圧等であってよい。
【００３７】
以上から、本実施の形態による誘電性構造体１では、空洞５において、第１導体層７ａの貫通孔９に接する縁部に対応する領域を、プラズマ放電の起点とすることができるため、空洞５内におけるプラズマの放電状態を制御することができる。また、第１導体層７ａに貫通孔９を設けた場合でも、その貫通孔９に対応する位置に第２導体層７ｂを設けていることから、電極６の対向領域の面積を低減させることがないため、プラズマ発生効率の低減を抑制できる。さらには、同一誘電体３内において第１導体層７ａと第２導体層７ｂとの重なり部分をできるだけ小さくするよう配置していることから、誘電体３内での不要な浮遊容量の発生を低減することができる。
【００３８】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、第２導体層７ｂを、放電状態を制御したい空洞５に接する誘電体３の表面と、その誘電体３の内部に設けられた第１導体層７ａとの間に設けている。さらに、空洞６を挟んで対向する誘電体３における第２導体層７ｂ同士は対向している。
【００３９】
このような構成では、対向する第２導体層７ｂ間の間隔は、対向する第１導体層７ａ間の間隔と比較して短くなることから、空洞５内の第２導体層７ｂが対向する領域においてより強いプラズマを発生させることができる。
【００４０】
また、対向する第２導体層７ｂ間の間隔は、対向する第１導体層７ａ間の間隔と比較して短くなることから、空洞５内の第２導体層７ｂが対向する領域には、印加する電圧が比較的低電圧であっても、プラズマが発生する。
【００４１】
よって、例えば空洞５内の流れる流体に反応させる物質が少量のみ含まれている場合等は、第２導体層７ｂ間のみプラズマを発生させて、流体と少量のプラズマとを反応させることも可能である。
【００４２】
なお、空洞５を挟んで隣接する誘電体３のうち、一方の誘電体３において、第２導体層７ｂを、その空洞５に接する誘電体３の表面と第１導体層７ａとの間に設け、他方の誘電体３において、第２導体層７ｂを、第１導体層７ａに関して、その空洞に接する誘電体３の表面と反対側に設けてもよい。すなわち、誘電体３の配列方向Ｚにおいて、第２導体層は、第１導体層に関して、上側若しくは下側の同じ側に配置されている。
【００４３】
図４は、このような場合の誘電性構造体２１の構成例を示す図である。ここで、図４（ａ）は、誘電性構造体２１の断面図、図４（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、図４（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。このように、誘電体３ｂにおいて、第２導体層７ｂ１を、空洞５Ｂに接する誘電体３ｂの表面と第１導体層７ａ１との間に設け、誘電体３ｃにおいて、第２導体層７ｂ２を、第１導体層７ａ２に関して、空洞５Ｂに接する誘電体３ｂの表面と反対側に設けると、第１導体層７ａ１および第１導体層７ａ２の間隔と、第２導体層７ｂ１および第２導体層７ｂ２の間隔との差を小さくすることができる。その結果、空洞５Ｂ内においてプラズマ強度の差が小さくなる。さらに、第１導体層７ａ１および第１導体層７ａ２の間隔と、第２導体層７ｂ１および第２導体層７ｂ２の間隔とを同一にすると、空洞５Ｂ内においてプラズマの強度をより均一にすることが可能になる。
【００４４】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、誘電体３ｂの第２導体層７ｂ１と誘電体３ｃの第２導体層７ｂ２とを対向させて位置しているが、図５に示すように、誘電体３ｂの第２導体層７ｂ１を、誘電体３ｃの第１導体層７ａ２に対向させ、誘電体３ｃの第２導体層７ｂ２を、誘電体３ｂの第１導体層７ａ１に対向させてもよい。このように対向させた誘電性構造体３１においては、誘電体３の配列方向Ｚにおける、誘電体３ｂの電極６と誘電体３ｃの電極６との間の距離の差を小さくすることができる。その結果、空洞５Ｂ内においてプラズマ強度の差が小さくなる。さらに、第１導体層７ａ１および第２導体層７ｂ２の間隔と、第２導体層７ｂ１および第２導体層７ａ２の間隔とを同一にすると、空洞５Ｂ内においてプラズマの強度をより均一にすることが可能になる。
【００４５】
なお、本実施の形態による誘電性構造体１では、誘電体３ｂ，３ｃの電極６を、第１導体層７ａと第２導体層７ｂとからなる層構造としたが、誘電体３ｂ，３ｃのうち一方の誘電体３の電極６を、第１導体層７ａと第２導体層７ｂとからなる層構造にしてもよい。そのような場合も、空洞５内における、貫通孔９に接する第１導体層７ａの縁部に対応する領域がプラズマ放電の起点となる。
【００４６】
また、誘電体３ｂ，３ｃに限らず、誘電体３ａ〜３ｄのうち少なくとも１つ、又は全ての誘電体３ａ〜３ｄにおいて、電極６を第１導体層７ａと第２導体層７ｂとからなる層構造にしてもよい。
【００４７】
また、上述の説明において、第１導体層７ａは貫通孔９を有するとしたが、第１導体層７ａは、その外周部に欠け部を有していてもよい。図６は、第１導体層７ａが欠け部を有する場合の、第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂの配置例を示す図である。図６（ａ）は、内部に第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂを有する誘電体３の断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＰ−Ｐ線における断面図、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＱ−Ｑ線における断面図である。このように、電極６が、欠け部９を有する第１導体層７ａと、欠け部９に対応する位置に設けられ、第１導体層７ａに電気的に接続される第２導体層７ｂとを有している場合も、第１導体層７ａが貫通孔を有している場合と同様の作用効果を有する。
【００４８】
なお、第１導体層７ａにおいて、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を、規則的に配置すると、プラズマ放電の起点が規則的に配置されることになり、例えば空洞５内でプラズマ放電をより均一に発生させたい場合等は有効である。
【００４９】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態による誘電性構造体４１の構成例を示す図であり、図７（ａ）は、誘電性構造体４１の断面図、図７（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、図７（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。これらの図は、図３の（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応している。なお、図３に示した構成と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図７に示すように、本実施の形態による誘電性構造体４１においては、誘電体３ａ〜３ｄの内部に設けられた電極６が、それぞれ２つの導体層からなる。具体的に、誘電体３ａａ〜３ｄの内部に設けられた電極６は、複数の貫通孔を有する第１導体層７ａ１〜７ａ４と、各誘電体３ａ〜３ｄにおいて、貫通孔に対応する位置に設けられ、第１導体層７ａ１〜７ａ４に電気的に接続される第２導体層７ｂ１〜７ｂ４とを有する。
【００５１】
そして、空洞５を挟んで対向する誘電体３のうち一方の誘電体３の第１導体層７ａは、他方の誘電体３の第２導体層７ｂに対向し、一方の誘電体３の第２導体層７ｂは、他方の誘電体３の第１導体層７ａに対向する。また、空洞５を挟んで対向する２つの誘電体３のうち一方の誘電体３において、第２導体層７ｂを、その空洞５に接する誘電体３の表面と第１導体層７ａとの間に設け、他方の誘電体３において、第２導体層７ｂを、第１導体層７ａに関して、その空洞５に接する誘電体３の表面と反対側に設ける。すなわち、誘電体３の配列方向Ｚにおいて、対向する誘電体３の一方における第１導体層７ａに関する第２導体層７ｂの位置（上側または下側）は、対向する誘電体３の他方における、第１導体層７ａに対する第２導体層７ｂの位置と、逆である。さらに、各誘電体３において、第１導体層７ａと第２導体層７ｂとの間の距離を等しくする。
【００５２】
このように構成することにより、１つの空洞５を挟んで対向する電極６同士の間隔を一定にして、空洞５内のプラズマをより均一にするとともに、隣接する空洞５においては、第１導体層７ａ同士および第２導体層７ｂ同士の間隔を変化させることができる。すなわち、１つの空洞５Ａ，５Ｂ，５Ｃにおいて、誘電体６の配列方向Ｚにおける電極６間の距離は同じであるが、空洞５Ａ，５Ｃを挟んで対向する電極６間の距離Ｍと、空洞５Ｂを挟んで対向する電極６間の距離Ｎとを異ならせることができる。
【００５３】
このため、各空洞５内においてプラズマ放電をより均一にできるとともに、１つの誘電性構造体１１の中に２種類の異なる強さのプラズマ放電を同時に発生させることができる。その結果、空洞５内に流体を通して処理を行う際に、同時に２種類のプラズマ放電による改質処理を行うことができる。これにより、例えば、流体中に複数の物質が含まれている場合に、各物質を反応させるために適した強度をもつプラズマをそれぞれ生成することができる。これにより改質処理効率を高めることができる。
【００５４】
また、上述の誘電性構造体１，２１，３１，４１では、第２導体層７ｂに対向する表面に触媒が坦持されてもよい。第２導体層７ｂに対向する表面に触媒が坦持されることにより、プラズマ放電の際に触媒を活性化させやすくなり、空洞１１内を通過する流体の処理効率を高めることができる。
【００５５】
なお、誘電性構造体１は、基体２が、セラミックグリーンシートを同時焼成することにより形成され、第１導体層７ａ、第２導体層７ｂおよび外部端子８ａ，８ｂが、導電体ペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成されることが好ましい。このことにより、誘電性構造体１はセラミックスと導電体ペーストを同時焼成することにより一体化されているので、高温、高振動等の環境下で長期間使用される場合にも、誘電性構造体１の変形を小さなものとし、空洞５の形状を保持することができる。従って、空洞５内を通過する流体を長期間にわたってより安定して反応させ、分解させて良好に浄化することができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る反応装置１００の構造的な構成を示す概念図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
反応装置１００は、第１の実施形態の誘電性構造体１を備え、誘電性構造体１により被処理流体を処理して排出する装置として構成されている。被処理流体は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガスであり、空洞５（以下、「放電空間」ともいう。）における化学変化によりＮＯｘが改質される。また、例えば、被処理流体は、冷蔵庫やエアコンに冷却媒体として使用されたフロンであり、空洞５における化学変化によりフロンが分解される。なお、以下では、反応装置１００のうち、誘電性構造体１以外の部分を、反応装置本体部１０１ということがある。
【００５８】
反応装置本体部１０１は、被処理流体を供給する流体源１０３と、流体源１０３から誘電性構造体１に被処理流体を導く供給管１０５（供給部の一例）と、誘電性構造体１により処理された被処理流体を排出する排出管１０７と、被処理流体の流動を制御するための被処理流体用ポンプ１０９と、冷却媒体を供給する冷媒源１１１と、冷媒源１１１から誘電性構造体１に冷却媒体を導く供給用流動管５０Ａ（冷却部の一例）と、誘電性構造体１から冷媒源１１１に冷却媒体を導く排出用流動管５０Ｂと、冷却媒体の流動を制御するための冷却媒体用ポンプ１１３（冷却部の一例）とを備えている。
【００５９】
流体源１０３は、被処理流体としての排気ガスを排出する自動車の内燃機関等、被処理流体を生成するものである。あるいは、流体源１０３は、使用済みの冷蔵庫やエアコンの冷却媒体を保持したタンク等、被処理流体を保持するものである。
【００６０】
供給管１０５は、一端側が、流体源１０３の被処理流体を生成又は保持する空間に連通し、他端側が、誘電性構造体１の空洞５に連通している。供給管１０５の誘電性構造体１側は、放電空間５の数に対応して第１分岐部１０５ａＡ、第２分岐部１０５ａＢ、第３分岐部１０５ａＣ（以下、単に「分岐部１０５ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０５ａＡ〜第３分岐部１０５ａＣは、それぞれ空洞５Ａ〜空洞５Ｃに連通している。
【００６１】
排出管１０７は、一端側が、誘電性構造体１の空洞５に、供給管１０５とは反対側から連通し、他端側が、大気に開放され、又は、処理後の被処理流体を保持若しくは処理後の被処理流体に別の処理を施す不図示の空間に連通している。排出管１０７の誘電性構造体1側は、空洞５の数に対応して第１分岐部１０７ａＡ、第２分岐部１０７ａＢ、第３分岐部１０７ａＣ（以下、単に「分岐部１０７ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０７ａＡ〜第３分岐部１０７ａＣは、それぞれ空洞５Ａ〜空洞５Ｃに連通している。なお、排出管１０７は、省略されてもよい。例えば、処理後の被処理流体が空洞５から大気へ直接的に排出されてもよい。
【００６２】
供給管１０５及び排出管１０７は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。供給管１０５及び排出管１０７は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと、空洞５との接続は、例えば、分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａの端部を、基体２における空洞５の開口を有していない側面に当接させて、接着剤や螺合部材などの適宜な固定部材により分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと基体２とを固定することにより行われる。なお、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａを空洞５に嵌合挿入したり、流出用接続管等の突出した環状部分を空洞５の端部に基体２と一体的に形成し、その突出部分を分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａに嵌合挿入することにより行われてもよい。
【００６３】
被処理流体用ポンプ１０９は、供給管１０５及び排出管１０７の少なくともいずれかに設けられている。図８では、供給管１０５に設けられた場合を例示している。なお、流体源１０３が内燃機関である場合など、流体源１０３の動力により被処理流体が流動される場合には、被処理流体用ポンプ１０９は省略されてもよい。また、被処理流体用ポンプ１０９は、誘電性構造体１に設けることも可能である。被処理流体用ポンプ１０９は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６４】
冷媒源１１１は、例えば、熱交換器を含んで構成され、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体の温度を熱交換器により降下させて供給用流動管５０Ａに供給する。なお、冷媒源１１１は、冷却媒体を供給することができればよく、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体を受け入れて冷却媒体を循環させるものでなくてもよい。すなわち、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体は、冷媒源１１１とは異なる場所へ排出されてよい。例えば、冷却媒体として水道水が利用されるような場合に、排出用流動管５０Ｂからの水は、冷媒源１１１としての水源とは異なる場所へ排出されてよい。逆に、冷却媒体が循環される構成である場合には、冷媒源１１１は省略されてもよい。
【００６５】
供給用流動管５０Ａは、一端が冷媒源１１１に連通するとともに、他端が、上述のように、流入用接続管等を介して誘電性構造体１の空洞５（流路）に連通している。排出用流動管５０Ｂは、一端が、基体２に一体的に設けられた流出用接続管等を介して誘電性構造体１の空洞５に連通するとともに、他端が冷媒源１１１に連通している。流動管５０は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。流動管５０は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００６６】
冷却媒体用ポンプ１１３は、供給用流動管５０Ａ及び排出用流動管５０Ｂの少なくともいずれかに設けられている。図８では、供給用流動管５０Ａに設けられた場合を例示している。なお、冷媒源１１１が高位置にあるタンクであり、重力により冷却媒体を流動させることができるなど、適宜に冷却媒体を流動させる動力が得られる場合には、冷却媒体用ポンプ１１３は省略されてもよい。また、冷却媒体用ポンプ１１３は、誘電性構造体１に設けることも可能である。冷却媒体用ポンプ１１３は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６７】
図９は、反応装置１００の電気系の構成を示すブロック図である。ここでは、例として、基体２の内部に基体２の温度を検出するための温度検出素子１１５と、基体２を加熱するためのヒータ１１６とが設けられているものする。また、基体２の表面に、電極６に電圧を印加するための外部端子８ａ、８ｂ、温度検出素子１１５からの電気信号を出力ためのセンサ用端子１１８、ヒータ１１６に電力を供給するためのヒータ用端子１１９がそれぞれ露出しているものとする。
【００６８】
反応装置本体部１０１は、導電体用端子１１７、センサ用端子１１８、ヒータ用端子１１９に接続される装置側導電体用端子１４１、装置側センサ用端子１４３、装置側ヒータ用端子１４５を備えている。誘電性構造体１は、これら端子を介して反応装置本体部１０１から電力が供給されて駆動制御される。具体的には、以下のとおりである。
【００６９】
電源部１２１は、例えば、バッテリを含んで構成され、バッテリからの直流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。あるいは、商用周波数の交流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。電源部１２１の電力は、制御部１２３、放電制御部１２５、温度検出部１２７、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９、冷却媒体用ポンプ１１３に供給される。
【００７０】
放電制御部１２５は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力に変換し、その変換後の電力を装置側導電体用端子１４１及び導電体用端子１１７を介して電極６に供給する。放電制御部１２５は、例えば、インバータや変圧器等の電源回路を含んで構成されている。空洞５では、放電制御部１２５により印加された電圧に応じた量の放電が行われる。
【００７１】
温度検出部１２７は、例えば、温度検出素子１１５が温度変化により抵抗値が変化する抵抗体により構成されている場合、電源部１２１から供給される電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側センサ用端子１４３及びセンサ用端子１１８を介して温度検出素子１１５に供給する。そして、温度検出素子１１５は、温度検出素子１１５の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値に応じた信号を制御部１２３に出力する。温度検出素子１１５は、検出した抵抗値に基づいて温度検出素子１１５の温度を算出し、その算出値に応じた信号を制御部１２３に出力してもよい。
【００７２】
ヒータ駆動部１２９は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側ヒータ用導電体１４５及びヒータ用導電体１１９を介してヒータ１１６に供給する。ヒータ駆動部１２９は、例えば、整流回路や変圧器等の電源回路を含んで構成されている。ヒータ１１６では、ヒータ駆動部１２９により印加された電圧に応じた量の発熱が行われる。
【００７３】
被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３はそれぞれ、例えば、特に図示しないが、ポンプの駆動源としてのモータと、当該モータを駆動するモータドライバとを含んで構成されており、モータドライバは、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力又は直流電力に変換してモータに印加する。モータは、印加された電圧に応じた回転数で回転し、ひいては、印加された電圧に応じた力が被処理流体や冷却媒体に加えられる。
【００７４】
入力部１３１は、ユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を制御部１２３に出力する。例えば、入力部１３１は、反応装置１００の駆動開始操作、駆動停止操作、温度設定や流量制御に係る各種のパラメータの設定操作を受け付け、操作に応じた信号を出力する。入力部１３１は、例えば、各種スイッチを含んだ制御パネルやキーボードにより構成されている。
【００７５】
制御部１２３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を備えたコンピュータにより構成されている。制御部１２３は、温度検出部１２７や入力部１３１からの信号に基づいて、放電制御部１２５、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３に制御信号を出力する。
【００７６】
例えば、制御部１２３は、入力部１３１から反応装置１００の駆動開始操作に応じた信号が入力された場合には、導電体用端子１１７への電力の供給を開始するように放電制御部１２５に制御信号を出力し、入力部１３１から反応装置１００の駆動停止操作に応じた信号が入力された場合には、電極６への電力の供給を停止するように放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７７】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、電極６へ供給する電力を、通常運転時に供給する電力よりも増加させるように、放電制御部１２５に制御信号を出力し、誘電性構造体１が目標温度に到達した場合には、電極６へ供給する電力を通常運転時に供給する電力に維持するように、放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７８】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、ヒータ１１６へ電力を供給し、又は、ヒータ１１６へ供給する電力を増加させるように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。そして、誘電性構造体１が目標温度に到達した場合には、ヒータ１１６へ供給する電力を減少させ、又は、ヒータ１１６への電力の供給を停止するように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。
【００７９】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、誘電性構造体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度、あるいは、誘電性構造体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の目標温度とを比較し、検出された温度が目標温度よりも高い場合には冷却媒体の流速を高く、低い場合には冷却媒体の流速を低くするように、冷却媒体用ポンプ１１３へ制御信号を出力する。
【００８０】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、被処理流体の流速を低く、達したと判定した場合は、被処理流体の流速を高くするように、被処理流体用ポンプ１０９へ制御信号を出力する。
【００８１】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、誘電性構造体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の温度範囲とを比較し、検出された温度が設定された温度範囲を超えた場合には、不図示の表示装置やスピーカ等の報知部に、異常の発生を報知するように制御信号を出力する。
【００８２】
以上の第３の実施形態によれば、反応装置１００は、第１の実施形態の誘電性構造体１と、空洞５に被処理流体を供給する供給管１０５と、空洞５でプラズマ発生を行なって被処理流体を化学変化させた反応流体を排出するための排出管１０７とを備えているから、第１の実施形態と同様に、誘電性構造体１の耐久性の向上や誘電性構造体１の小型化の効果が得られ、ひいては、反応装置１００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。
【００８３】
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるディーゼルエンジン等の排気ガスの改質について説明を行っているが、その他の用途に使用される誘電性構造体およびその反応装置に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシン分解、花粉分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載される誘電性構造体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマにより空洞５を通過する流体を反応または分解させるための誘電性構造体およびその反応装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１の誘電性構造体の平面図、（ｂ）は、図１の誘電性構造体の側面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａにおける断面図、（ｂ）は、図２（ｂ）の誘電体３ｂの平面透視図、（ｃ）は、図２（ｂ）の誘電体３ｃの平面透視図である。
【図４】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す図であり、（ａ）は、誘電体３ｂ，３ｃの断面図、（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。
【図５】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す図であり、（ａ）は、誘電体３ｂ，３ｃの断面図、（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。
【図６】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す図であり、（ａ）は、誘電体３の断面図、（ｂ）は、（ａ）のＰ−Ｐ線における断面図、（ｃ）は、（ａ）のＱ−Ｑ線における断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す図であり、（ａ）は、誘電性構造体の断面図、（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る反応装置の構造的な構成を示す概念図である。
【図９】図８の反応装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・誘電性構造体
２・・・基体
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ・・・誘電体
４・・・支持部
５・・・空洞
６・・・電極
７ａ・・第１導電層
７ｂ・・第２導電層
８ａ，８ｂ・・・外部端子
９・・・貫通孔
１０・・貫通導体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプラズマ発生体として用いられる誘電性構造体、誘電性構造体を用いた反応装置、並びに誘電性構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ放電技術は、オゾン発生器、電気集塵装置、空気清浄機、および有害ガス分解装置など幅広い分野において利用されている技術である。このプラズマ放電技術を用いるためのプラズマ発生体として、例えば、一方向に配列された複数の平板状電極を有するものがある。このようなプラズマ発生体においては、電極間に高電圧を印加してプラズマ場を発生させる。このプラズマ場内に流体を通過させると、流体中の物質を分解することが可能となり、例えば排ガスの浄化に用いることができる。なお、電極を絶縁体で覆うことにより、流体による電極の腐食を抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のプラズマ発生体においては、プラズマ放電の起点を制御できず、結果としてプラズマ放電が不均一になる場合があった。すなわち、平板状電極で挟まれた空間において放電状態の制御が困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマの放電状態を容易に制御することができる誘電性構造体、その誘電性構造体を用いた放電装置、並びに誘電性構造体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の誘電性構造体は、一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に設けられた複数の導体層からなる電極とを有し、電極間に電圧を印加することにより誘電体間にプラズマを発生可能である。誘電体の少なくとも１つにおいて、電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第１導体層と、貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、第１導体層に電気的に接続される第２導体層とを備える。この誘電性構造体を、第１誘電性構造体という。
【０００６】
第１誘電性構造体において、好ましくは、複数の誘電体のうち対向する少なくとも一組の第１誘電体および第２誘電体において、第１誘電体および第２誘電体の各電極は、第１導体層と第２導体層とからなる。また、第１誘電体の第２導体層と第２誘電体の第２導体層は対向している。この誘電性構造体を、第２誘電性構造体という。
【０００７】
第２誘電性構造体において、好ましくは、第１誘電体において、第２導体層は、第２誘電体に対向する第１誘電体の表面と第１導体層との間に位置しており、第２誘電体において、第２導体層は、第１誘電体に対向する第２誘電体の表面と第１導体層との間に位置している。この誘電性構造体を、第３誘電性構造体という。
【０００８】
第１誘電性構造体において、好ましくは、第１誘電体において、第２導体層は、第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と第１導体層との間に設けられる。また、第２誘電体において、第２導体層は、第１導体層に関して、第１誘電体に対向する表面と反対側に設けられる。この誘電性構造体を、第４誘電性構造体という。
【０００９】
第１誘電性構造体において、好ましくは、複数の誘電体は、交互に配列される第１誘電体と第２誘電体とを有する。第１誘電体の電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第１導体層と、貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、第１導体層に電気的に接続される第２導体層とからなる。第２誘電体の電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第３導体層と、貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、第３導体層に電気的に接続される第４導体層とからなる。第１誘電体において、第２導体層は、第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と第１導体層との間に設けられる。第２誘電体において、第４導体層は、第３導体層に関して、第１誘電体に対向する第２誘電体の表面と反対側に設けられる。第２導体層は、第３導体層に対向し、第４導体層は、第１導体層に対向する。隣接する誘電体間において、第２導体層と第３導体層との間の距離、および第４導体層と第１導体層との間の距離は等しい。この誘電性構造体を、第５誘電性構造体という。
【００１０】
第１誘電性構造体乃至第５誘電性構造体のいずれかにおいて、好ましくは、少なくとも１つにおいて、第２導体層は、第１導体層に、第２導体層と第１導体層との間に設けられた貫通導体によって電気的に接続されている。この誘電性構造体を、第６誘電性構造体という。
【００１１】
第１誘電性構造体乃至第６誘電性構造体のいずれかにおいて、好ましくは、少なくとも１つの誘電体において、第２導体層に対向する表面に触媒が担持されている。
【００１２】
本発明の反応装置は、前記いずれかに記載の誘電性構造体と、誘電性構造体の電極間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、誘電体間に流体を供給可能な供給部とを備える。
【００１３】
本発明の製造方法は、前記いずれかに記載の誘電性構造体を製造方法であって、誘電体並びに該誘電体に設けられた電極を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の誘電性構造体によれば、プラズマの放電状態を容易に制御することができる。
【００１５】
本発明の反応装置によれば、プラズマの放電状態を容易に制御することができる反応装置を実現できる。
【００１６】
本発明の製造方法によれば、プラズマの放電状態を容易に制御することができる誘電性構造体を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の誘電性構造体の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、誘電性構造体をプラズマ発生体として用いる場合について説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１の誘電性構造体の平面図、図２（ｂ）は、図１の誘電性構造体の側面図である。また、図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）の誘電体３ｂの平面透視図、図３（ｃ）は、図２（ｂ）の誘電体３ｃの平面透視図である。図１から図３に示されるように、本実施の形態による誘電性構造体１は、基体２を備える。この基体２は、一方向に配列された複数の平板状の誘電体３ａ〜３ｄ（以下では、誘電体３ａ〜３ｄを区別せずに、単に「誘電体３」という場合がある。）と、複数の誘電体３ａ〜３ｄを所定の間隔をあけて支持する支持部４とを備える。誘電体３ａ〜３ｄと支持部４は、放電空間となる空洞５Ａ，５Ｂ，５Ｃ（以下では、空洞５Ａ〜５Ｃを区別せずに、単に「空洞５」という場合がある。）を構成する。
【００１９】
さらに、各誘電体３の内部には、電極６が設けられる。電極６は、空洞５を挟んで対向し、電極６間に電圧を印加することにより、空洞５内にプラズマを発生させることが可能である。
【００２０】
そして、誘電体３ｂ，３ｃの内部に設けられた電極６は、それぞれ２つの導体層からなる。具体的に、誘電体３ｂの内部に設けられた電極６は、複数の貫通孔を有する第１導体層７ａ１と、各貫通孔に対応する位置に設けられ、第１導体層７ａに電気的に接続される第２導体層７ｂ１とを有する。また、誘電体３ｃの内部に設けられた電極６は、複数の貫通孔を有する第１導体層７ａ２（以下では、第１導体層７ａ１，７ａ２を区別せずに、単に「第１導体層７ａ」という場合がある。）と、各貫通孔に対応する位置に設けられ、第１導体層７ａ２に電気的に接続される第２導体層７ｂ２（以下では、第２導体層７ｂ１，７ｂ２を区別せずに、単に「第２導体層７ｂ」とを有する。
【００２１】
さらに、基体２の端面には、第１導体層７ａ１と第２導体層７ｂ１とからなる電極６に電気的に接続される外部端子８ａと、第１導体層７ａ２と第２導体層７ｂ２とからなる電極６に電気的に接続される外部端子８ｂがそれぞれ設けられる。なお、本明細書で基体２とは、内部に形成された第１導体層７ａ等の他の部品を除いた部分をいい、後述するように誘電性構造体１が複数のセラミックグリーンシートの積層体とその各セラミックグリーンシートの表面および内部に形成された導電体ペーストを同時焼成して得られる場合には、その積層体のみをいう。
【００２２】
本実施の形態による誘電性構造体１では、隣接する電極６間に高電圧を印加して空洞５内にプラズマを発生させ、この空洞５内に例えば排気ガス等の流体を通過させることにより、流体中の化学物質を反応および分解させる。
【００２３】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、誘電体３ｂ，３ｃの内部に設けられた電極６は、貫通孔９を有する第１導体層７ａを有する。これにより、空洞５Ｂ内において、第１導体層７ａの貫通孔９の開口部、すなわち貫通孔９に接する第１導体層７ａの縁部に対応する領域は、プラズマ放電の起点となる。このように、貫通孔９に接する第１導体層７ａの縁部がプラズマ放電の起点となるのは、電極６間に電圧を印加した際に、第１導体層７ａの縁部に電界の集中が生じ、その縁部の電位を、周囲の誘電体３の電位と比較して高めることができるからである。
【００２４】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、第１導体層７ａの貫通孔９に対応する位置に第２導体層７ｂを設けていることから、隣接する電極６の対向領域（平面視して、電極６が重畳する領域）の面積が低減することによるプラズマ発生効率の低下を抑制することができる。また、同一誘電体３内での導電体７ａ，７ｂの重なり部分を小さくできることから、誘電体内での不要な浮遊容量を発生させることなく、プラズマ発生効率の低減を抑制できる。
【００２５】
なお、誘電性構造体１では、第２導体層７ｂは、放電状態を制御したい空洞５に接する誘電体３の表面と、その誘電体３の内部に設けられた第１導体層７ａとの間に設けられる。第２導体層７ｂは、誘電体３の内部に設けられているため、プラズマおよび流体による腐食を抑制することができる。
【００２６】
基体２は、電気絶縁材料から成り、例えば、セラミックスから成る。具体的に、基体２を製造する場合には、セラミックグリーンシートを準備し、次に準備したセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１３００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。電気絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム焼結体（アルミナセラミックス）がある。例えば酸化アルミニウム質焼結体から成るグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、およびマグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法若しくはカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形することによって得られる。
【００２７】
セラミックグリーンシートの積層体を作製する場合には、セラミックグリーンシートを積層した後圧着を行なう。圧着は３．０〜８．０ＭＰａ程度の圧力を加えて行ない、必要に応じて３５〜８０℃で加熱を行なう。このとき、空洞５を形成するために、すくなくとも１つのグリーンシートに貫通孔を形成する。また、セラミックグリーンシート同士の十分な接着性を得るために、溶剤と樹脂バインダーを混合するなどして作製した接着剤を用いてもよい。なお、電気絶縁材料としては、酸化アルミニウム質焼結体以外にも、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、コーディライト質焼結体、または炭化珪素質焼結体等が挙げられる。
【００２８】
第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂは、基体２内に保持されており、空洞５内にプラズマを発生させるための導電体として機能する。第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって基体２の内部に所定のパターンに形成することができる。導電体ペーストは、主成分の金属粉末に有機バインダーおよび有機溶剤、並びに必要に応じて分散剤等を加えて、ボールミル、三本ロールミル、またはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。導電体ペーストには、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の基体２との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加しても良い。
【００２９】
なお、図３に示すように、第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂは、基体２の内部に空洞５に露出することなく配設するほうがよい。第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂを基体２の内部に配設することにより、誘電体３が放電を妨げるバリヤの働きをし、対向する誘電体３間で発生するプラズマがアーク放電となって誘電体３が過熱されて破壊に至ることを抑制できる。
【００３０】
次に、基体２の外表面には、外部端子８ａ，８ｂが形成されている。電極６は、その端部が基体２の外表面近傍まで導出されており、外部端子８ａ，８ｂに直接に、または補助導電体を介して電気的に接続される。外部端子８ａ，８ｂは、外部電源から電極６に電圧を印加するための導電路として機能する。外部端子８ａ，８ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に外部端子８ａ，８ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって誘電性構造体１の所定の位置に形成することができる。外部端子８ａ，８ｂ用の導電体ペーストは、第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂ用の導電体ペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーおよび有機溶剤の量により印刷に適した粘度に調製される。
【００３１】
なお、外部端子８ａ，８ｂの露出する表面には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を形成しておくことが好ましい。なお、外部端子８ａ，８ｂが酸化腐食するのを抑制するとともに、外部端子８ａ，８ｂと外部電源の電源端子との接合をより強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次形成されていることが好ましい。なお、外部端子８ａ，８ｂにおいても、上述と同様に、高温下にて使用する場合には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で形成しておいても構わない。
【００３２】
あるいは、外部端子８ａ，８ｂは、基体２用のセラミックグリーンシートの焼成後に、所定の位置に貼り付けられた金属板でもよい。
【００３３】
そして、外部電源の電源端子を圧接または接合等の手段により外部端子８ａ，８ｂに電気的に接続し、外部端子８ａ，８ｂを通して電極６間に電圧を印加すると、電極６の対向面（平面視して、電極６が重畳する領域）の間にプラズマを発生させることができる。これにより、誘電性構造体１の一方側面から他方側面にかけて形成された空洞５内を通過する流体は、電極６間のプラズマを通過することとなり、このプラズマにより反応および分解されて、浄化される。
【００３４】
例えば、ＮＯＸ（窒素酸化物）は、酸素濃度が１％程度以下の低酸素条件下において、下記の式（１）および（２）に示された反応より分解して、Ｎ２およびＯ２が生成されて改質される。
【００３５】
２ＮＯ２ → ２ＮＯ＋Ｏ２・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ２ → Ｎ２＋２Ｏ２・・・・・・・・・・（２）
なお、電極６間にプラズマを発生させるために、周波数の高い交流電圧が印加される。印加される交流電圧は、必要とされるプラズマの強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）や酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体において印加される交流電圧の周波数は、例えば、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚである。
【００３６】
また、電極６間に印加する電圧は、交流電圧以外に、パルス電圧であってもよい。なお、交流電圧は、正弦波電圧に限らず、矩形波電圧若しくは方形波電圧等であってよい。
【００３７】
以上から、本実施の形態による誘電性構造体１では、空洞５において、第１導体層７ａの貫通孔９に接する縁部に対応する領域を、プラズマ放電の起点とすることができるため、空洞５内におけるプラズマの放電状態を制御することができる。また、第１導体層７ａに貫通孔９を設けた場合でも、その貫通孔９に対応する位置に第２導体層７ｂを設けていることから、電極６の対向領域の面積を低減させることがないため、プラズマ発生効率の低減を抑制できる。さらには、同一誘電体３内において第１導体層７ａと第２導体層７ｂとの重なり部分をできるだけ小さくするよう配置していることから、誘電体３内での不要な浮遊容量の発生を低減することができる。
【００３８】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、第２導体層７ｂを、放電状態を制御したい空洞５に接する誘電体３の表面と、その誘電体３の内部に設けられた第１導体層７ａとの間に設けている。さらに、空洞６を挟んで対向する誘電体３における第２導体層７ｂ同士は対向している。
【００３９】
このような構成では、対向する第２導体層７ｂ間の間隔は、対向する第１導体層７ａ間の間隔と比較して短くなることから、空洞５内の第２導体層７ｂが対向する領域においてより強いプラズマを発生させることができる。
【００４０】
また、対向する第２導体層７ｂ間の間隔は、対向する第１導体層７ａ間の間隔と比較して短くなることから、空洞５内の第２導体層７ｂが対向する領域には、印加する電圧が比較的低電圧であっても、プラズマが発生する。
【００４１】
よって、例えば空洞５内の流れる流体に反応させる物質が少量のみ含まれている場合等は、第２導体層７ｂ間のみプラズマを発生させて、流体と少量のプラズマとを反応させることも可能である。
【００４２】
なお、空洞５を挟んで隣接する誘電体３のうち、一方の誘電体３において、第２導体層７ｂを、その空洞５に接する誘電体３の表面と第１導体層７ａとの間に設け、他方の誘電体３において、第２導体層７ｂを、第１導体層７ａに関して、その空洞に接する誘電体３の表面と反対側に設けてもよい。すなわち、誘電体３の配列方向Ｚにおいて、第２導体層は、第１導体層に関して、上側若しくは下側の同じ側に配置されている。
【００４３】
図４は、このような場合の誘電性構造体２１の構成例を示す図である。ここで、図４（ａ）は、誘電性構造体２１の断面図、図４（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、図４（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。このように、誘電体３ｂにおいて、第２導体層７ｂ１を、空洞５Ｂに接する誘電体３ｂの表面と第１導体層７ａ１との間に設け、誘電体３ｃにおいて、第２導体層７ｂ２を、第１導体層７ａ２に関して、空洞５Ｂに接する誘電体３ｂの表面と反対側に設けると、第１導体層７ａ１および第１導体層７ａ２の間隔と、第２導体層７ｂ１および第２導体層７ｂ２の間隔との差を小さくすることができる。その結果、空洞５Ｂ内においてプラズマ強度の差が小さくなる。さらに、第１導体層７ａ１および第１導体層７ａ２の間隔と、第２導体層７ｂ１および第２導体層７ｂ２の間隔とを同一にすると、空洞５Ｂ内においてプラズマの強度をより均一にすることが可能になる。
【００４４】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、誘電体３ｂの第２導体層７ｂ１と誘電体３ｃの第２導体層７ｂ２とを対向させて位置しているが、図５に示すように、誘電体３ｂの第２導体層７ｂ１を、誘電体３ｃの第１導体層７ａ２に対向させ、誘電体３ｃの第２導体層７ｂ２を、誘電体３ｂの第１導体層７ａ１に対向させてもよい。このように対向させた誘電性構造体３１においては、誘電体３の配列方向Ｚにおける、誘電体３ｂの電極６と誘電体３ｃの電極６との間の距離の差を小さくすることができる。その結果、空洞５Ｂ内においてプラズマ強度の差が小さくなる。さらに、第１導体層７ａ１および第２導体層７ｂ２の間隔と、第２導体層７ｂ１および第２導体層７ａ２の間隔とを同一にすると、空洞５Ｂ内においてプラズマの強度をより均一にすることが可能になる。
【００４５】
なお、本実施の形態による誘電性構造体１では、誘電体３ｂ，３ｃの電極６を、第１導体層７ａと第２導体層７ｂとからなる層構造としたが、誘電体３ｂ，３ｃのうち一方の誘電体３の電極６を、第１導体層７ａと第２導体層７ｂとからなる層構造にしてもよい。そのような場合も、空洞５内における、貫通孔９に接する第１導体層７ａの縁部に対応する領域がプラズマ放電の起点となる。
【００４６】
また、誘電体３ｂ，３ｃに限らず、誘電体３ａ〜３ｄのうち少なくとも１つ、又は全ての誘電体３ａ〜３ｄにおいて、電極６を第１導体層７ａと第２導体層７ｂとからなる層構造にしてもよい。
【００４７】
また、上述の説明において、第１導体層７ａは貫通孔９を有するとしたが、第１導体層７ａは、その外周部に欠け部を有していてもよい。図６は、第１導体層７ａが欠け部を有する場合の、第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂの配置例を示す図である。図６（ａ）は、内部に第１導体層７ａおよび第２導体層７ｂを有する誘電体３の断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＰ−Ｐ線における断面図、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＱ−Ｑ線における断面図である。このように、電極６が、欠け部９を有する第１導体層７ａと、欠け部９に対応する位置に設けられ、第１導体層７ａに電気的に接続される第２導体層７ｂとを有している場合も、第１導体層７ａが貫通孔を有している場合と同様の作用効果を有する。
【００４８】
なお、第１導体層７ａにおいて、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を、規則的に配置すると、プラズマ放電の起点が規則的に配置されることになり、例えば空洞５内でプラズマ放電をより均一に発生させたい場合等は有効である。
【００４９】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態による誘電性構造体４１の構成例を示す図であり、図７（ａ）は、誘電性構造体４１の断面図、図７（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、図７（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。これらの図は、図３の（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応している。なお、図３に示した構成と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図７に示すように、本実施の形態による誘電性構造体４１においては、誘電体３ａ〜３ｄの内部に設けられた電極６が、それぞれ２つの導体層からなる。具体的に、誘電体３ａａ〜３ｄの内部に設けられた電極６は、複数の貫通孔を有する第１導体層７ａ１〜７ａ４と、各誘電体３ａ〜３ｄにおいて、貫通孔に対応する位置に設けられ、第１導体層７ａ１〜７ａ４に電気的に接続される第２導体層７ｂ１〜７ｂ４とを有する。
【００５１】
そして、空洞５を挟んで対向する誘電体３のうち一方の誘電体３の第１導体層７ａは、他方の誘電体３の第２導体層７ｂに対向し、一方の誘電体３の第２導体層７ｂは、他方の誘電体３の第１導体層７ａに対向する。また、空洞５を挟んで対向する２つの誘電体３のうち一方の誘電体３において、第２導体層７ｂを、その空洞５に接する誘電体３の表面と第１導体層７ａとの間に設け、他方の誘電体３において、第２導体層７ｂを、第１導体層７ａに関して、その空洞５に接する誘電体３の表面と反対側に設ける。すなわち、誘電体３の配列方向Ｚにおいて、対向する誘電体３の一方における第１導体層７ａに関する第２導体層７ｂの位置（上側または下側）は、対向する誘電体３の他方における、第１導体層７ａに対する第２導体層７ｂの位置と、逆である。さらに、各誘電体３において、第１導体層７ａと第２導体層７ｂとの間の距離を等しくする。
【００５２】
このように構成することにより、１つの空洞５を挟んで対向する電極６同士の間隔を一定にして、空洞５内のプラズマをより均一にするとともに、隣接する空洞５においては、第１導体層７ａ同士および第２導体層７ｂ同士の間隔を変化させることができる。すなわち、１つの空洞５Ａ，５Ｂ，５Ｃにおいて、誘電体６の配列方向Ｚにおける電極６間の距離は同じであるが、空洞５Ａ，５Ｃを挟んで対向する電極６間の距離Ｍと、空洞５Ｂを挟んで対向する電極６間の距離Ｎとを異ならせることができる。
【００５３】
このため、各空洞５内においてプラズマ放電をより均一にできるとともに、１つの誘電性構造体１１の中に２種類の異なる強さのプラズマ放電を同時に発生させることができる。その結果、空洞５内に流体を通して処理を行う際に、同時に２種類のプラズマ放電による改質処理を行うことができる。これにより、例えば、流体中に複数の物質が含まれている場合に、各物質を反応させるために適した強度をもつプラズマをそれぞれ生成することができる。これにより改質処理効率を高めることができる。
【００５４】
また、上述の誘電性構造体１，２１，３１，４１では、第２導体層７ｂに対向する表面に触媒が坦持されてもよい。第２導体層７ｂに対向する表面に触媒が坦持されることにより、プラズマ放電の際に触媒を活性化させやすくなり、空洞１１内を通過する流体の処理効率を高めることができる。
【００５５】
なお、誘電性構造体１は、基体２が、セラミックグリーンシートを同時焼成することにより形成され、第１導体層７ａ、第２導体層７ｂおよび外部端子８ａ，８ｂが、導電体ペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成されることが好ましい。このことにより、誘電性構造体１はセラミックスと導電体ペーストを同時焼成することにより一体化されているので、高温、高振動等の環境下で長期間使用される場合にも、誘電性構造体１の変形を小さなものとし、空洞５の形状を保持することができる。従って、空洞５内を通過する流体を長期間にわたってより安定して反応させ、分解させて良好に浄化することができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る反応装置１００の構造的な構成を示す概念図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
反応装置１００は、第１の実施形態の誘電性構造体１を備え、誘電性構造体１により被処理流体を処理して排出する装置として構成されている。被処理流体は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガスであり、空洞５（以下、「放電空間」ともいう。）における化学変化によりＮＯｘが改質される。また、例えば、被処理流体は、冷蔵庫やエアコンに冷却媒体として使用されたフロンであり、空洞５における化学変化によりフロンが分解される。なお、以下では、反応装置１００のうち、誘電性構造体１以外の部分を、反応装置本体部１０１ということがある。
【００５８】
反応装置本体部１０１は、被処理流体を供給する流体源１０３と、流体源１０３から誘電性構造体１に被処理流体を導く供給管１０５（供給部の一例）と、誘電性構造体１により処理された被処理流体を排出する排出管１０７と、被処理流体の流動を制御するための被処理流体用ポンプ１０９と、冷却媒体を供給する冷媒源１１１と、冷媒源１１１から誘電性構造体１に冷却媒体を導く供給用流動管５０Ａ（冷却部の一例）と、誘電性構造体１から冷媒源１１１に冷却媒体を導く排出用流動管５０Ｂと、冷却媒体の流動を制御するための冷却媒体用ポンプ１１３（冷却部の一例）とを備えている。
【００５９】
流体源１０３は、被処理流体としての排気ガスを排出する自動車の内燃機関等、被処理流体を生成するものである。あるいは、流体源１０３は、使用済みの冷蔵庫やエアコンの冷却媒体を保持したタンク等、被処理流体を保持するものである。
【００６０】
供給管１０５は、一端側が、流体源１０３の被処理流体を生成又は保持する空間に連通し、他端側が、誘電性構造体１の空洞５に連通している。供給管１０５の誘電性構造体１側は、放電空間５の数に対応して第１分岐部１０５ａＡ、第２分岐部１０５ａＢ、第３分岐部１０５ａＣ（以下、単に「分岐部１０５ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０５ａＡ〜第３分岐部１０５ａＣは、それぞれ空洞５Ａ〜空洞５Ｃに連通している。
【００６１】
排出管１０７は、一端側が、誘電性構造体１の空洞５に、供給管１０５とは反対側から連通し、他端側が、大気に開放され、又は、処理後の被処理流体を保持若しくは処理後の被処理流体に別の処理を施す不図示の空間に連通している。排出管１０７の誘電性構造体1側は、空洞５の数に対応して第１分岐部１０７ａＡ、第２分岐部１０７ａＢ、第３分岐部１０７ａＣ（以下、単に「分岐部１０７ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０７ａＡ〜第３分岐部１０７ａＣは、それぞれ空洞５Ａ〜空洞５Ｃに連通している。なお、排出管１０７は、省略されてもよい。例えば、処理後の被処理流体が空洞５から大気へ直接的に排出されてもよい。
【００６２】
供給管１０５及び排出管１０７は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。供給管１０５及び排出管１０７は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと、空洞５との接続は、例えば、分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａの端部を、基体２における空洞５の開口を有していない側面に当接させて、接着剤や螺合部材などの適宜な固定部材により分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと基体２とを固定することにより行われる。なお、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａを空洞５に嵌合挿入したり、流出用接続管等の突出した環状部分を空洞５の端部に基体２と一体的に形成し、その突出部分を分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａに嵌合挿入することにより行われてもよい。
【００６３】
被処理流体用ポンプ１０９は、供給管１０５及び排出管１０７の少なくともいずれかに設けられている。図８では、供給管１０５に設けられた場合を例示している。なお、流体源１０３が内燃機関である場合など、流体源１０３の動力により被処理流体が流動される場合には、被処理流体用ポンプ１０９は省略されてもよい。また、被処理流体用ポンプ１０９は、誘電性構造体１に設けることも可能である。被処理流体用ポンプ１０９は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６４】
冷媒源１１１は、例えば、熱交換器を含んで構成され、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体の温度を熱交換器により降下させて供給用流動管５０Ａに供給する。なお、冷媒源１１１は、冷却媒体を供給することができればよく、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体を受け入れて冷却媒体を循環させるものでなくてもよい。すなわち、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体は、冷媒源１１１とは異なる場所へ排出されてよい。例えば、冷却媒体として水道水が利用されるような場合に、排出用流動管５０Ｂからの水は、冷媒源１１１としての水源とは異なる場所へ排出されてよい。逆に、冷却媒体が循環される構成である場合には、冷媒源１１１は省略されてもよい。
【００６５】
供給用流動管５０Ａは、一端が冷媒源１１１に連通するとともに、他端が、上述のように、流入用接続管等を介して誘電性構造体１の空洞５（流路）に連通している。排出用流動管５０Ｂは、一端が、基体２に一体的に設けられた流出用接続管等を介して誘電性構造体１の空洞５に連通するとともに、他端が冷媒源１１１に連通している。流動管５０は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。流動管５０は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００６６】
冷却媒体用ポンプ１１３は、供給用流動管５０Ａ及び排出用流動管５０Ｂの少なくともいずれかに設けられている。図８では、供給用流動管５０Ａに設けられた場合を例示している。なお、冷媒源１１１が高位置にあるタンクであり、重力により冷却媒体を流動させることができるなど、適宜に冷却媒体を流動させる動力が得られる場合には、冷却媒体用ポンプ１１３は省略されてもよい。また、冷却媒体用ポンプ１１３は、誘電性構造体１に設けることも可能である。冷却媒体用ポンプ１１３は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６７】
図９は、反応装置１００の電気系の構成を示すブロック図である。ここでは、例として、基体２の内部に基体２の温度を検出するための温度検出素子１１５と、基体２を加熱するためのヒータ１１６とが設けられているものする。また、基体２の表面に、電極６に電圧を印加するための外部端子８ａ、８ｂ、温度検出素子１１５からの電気信号を出力ためのセンサ用端子１１８、ヒータ１１６に電力を供給するためのヒータ用端子１１９がそれぞれ露出しているものとする。
【００６８】
反応装置本体部１０１は、導電体用端子１１７、センサ用端子１１８、ヒータ用端子１１９に接続される装置側導電体用端子１４１、装置側センサ用端子１４３、装置側ヒータ用端子１４５を備えている。誘電性構造体１は、これら端子を介して反応装置本体部１０１から電力が供給されて駆動制御される。具体的には、以下のとおりである。
【００６９】
電源部１２１は、例えば、バッテリを含んで構成され、バッテリからの直流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。あるいは、商用周波数の交流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。電源部１２１の電力は、制御部１２３、放電制御部１２５、温度検出部１２７、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９、冷却媒体用ポンプ１１３に供給される。
【００７０】
放電制御部１２５は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力に変換し、その変換後の電力を装置側導電体用端子１４１及び導電体用端子１１７を介して電極６に供給する。放電制御部１２５は、例えば、インバータや変圧器等の電源回路を含んで構成されている。空洞５では、放電制御部１２５により印加された電圧に応じた量の放電が行われる。
【００７１】
温度検出部１２７は、例えば、温度検出素子１１５が温度変化により抵抗値が変化する抵抗体により構成されている場合、電源部１２１から供給される電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側センサ用端子１４３及びセンサ用端子１１８を介して温度検出素子１１５に供給する。そして、温度検出素子１１５は、温度検出素子１１５の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値に応じた信号を制御部１２３に出力する。温度検出素子１１５は、検出した抵抗値に基づいて温度検出素子１１５の温度を算出し、その算出値に応じた信号を制御部１２３に出力してもよい。
【００７２】
ヒータ駆動部１２９は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側ヒータ用導電体１４５及びヒータ用導電体１１９を介してヒータ１１６に供給する。ヒータ駆動部１２９は、例えば、整流回路や変圧器等の電源回路を含んで構成されている。ヒータ１１６では、ヒータ駆動部１２９により印加された電圧に応じた量の発熱が行われる。
【００７３】
被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３はそれぞれ、例えば、特に図示しないが、ポンプの駆動源としてのモータと、当該モータを駆動するモータドライバとを含んで構成されており、モータドライバは、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力又は直流電力に変換してモータに印加する。モータは、印加された電圧に応じた回転数で回転し、ひいては、印加された電圧に応じた力が被処理流体や冷却媒体に加えられる。
【００７４】
入力部１３１は、ユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を制御部１２３に出力する。例えば、入力部１３１は、反応装置１００の駆動開始操作、駆動停止操作、温度設定や流量制御に係る各種のパラメータの設定操作を受け付け、操作に応じた信号を出力する。入力部１３１は、例えば、各種スイッチを含んだ制御パネルやキーボードにより構成されている。
【００７５】
制御部１２３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を備えたコンピュータにより構成されている。制御部１２３は、温度検出部１２７や入力部１３１からの信号に基づいて、放電制御部１２５、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３に制御信号を出力する。
【００７６】
例えば、制御部１２３は、入力部１３１から反応装置１００の駆動開始操作に応じた信号が入力された場合には、導電体用端子１１７への電力の供給を開始するように放電制御部１２５に制御信号を出力し、入力部１３１から反応装置１００の駆動停止操作に応じた信号が入力された場合には、電極６への電力の供給を停止するように放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７７】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、電極６へ供給する電力を、通常運転時に供給する電力よりも増加させるように、放電制御部１２５に制御信号を出力し、誘電性構造体１が目標温度に到達した場合には、電極６へ供給する電力を通常運転時に供給する電力に維持するように、放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７８】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、ヒータ１１６へ電力を供給し、又は、ヒータ１１６へ供給する電力を増加させるように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。そして、誘電性構造体１が目標温度に到達した場合には、ヒータ１１６へ供給する電力を減少させ、又は、ヒータ１１６への電力の供給を停止するように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。
【００７９】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、誘電性構造体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度、あるいは、誘電性構造体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の目標温度とを比較し、検出された温度が目標温度よりも高い場合には冷却媒体の流速を高く、低い場合には冷却媒体の流速を低くするように、冷却媒体用ポンプ１１３へ制御信号を出力する。
【００８０】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、被処理流体の流速を低く、達したと判定した場合は、被処理流体の流速を高くするように、被処理流体用ポンプ１０９へ制御信号を出力する。
【００８１】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、誘電性構造体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の温度範囲とを比較し、検出された温度が設定された温度範囲を超えた場合には、不図示の表示装置やスピーカ等の報知部に、異常の発生を報知するように制御信号を出力する。
【００８２】
以上の第３の実施形態によれば、反応装置１００は、第１の実施形態の誘電性構造体１と、空洞５に被処理流体を供給する供給管１０５と、空洞５でプラズマ発生を行なって被処理流体を化学変化させた反応流体を排出するための排出管１０７とを備えているから、第１の実施形態と同様に、誘電性構造体１の耐久性の向上や誘電性構造体１の小型化の効果が得られ、ひいては、反応装置１００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。
【００８３】
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるディーゼルエンジン等の排気ガスの改質について説明を行っているが、その他の用途に使用される誘電性構造体およびその反応装置に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシン分解、花粉分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載される誘電性構造体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマにより空洞５を通過する流体を反応または分解させるための誘電性構造体およびその反応装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１の誘電性構造体の平面図、（ｂ）は、図１の誘電性構造体の側面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａにおける断面図、（ｂ）は、図２（ｂ）の誘電体３ｂの平面透視図、（ｃ）は、図２（ｂ）の誘電体３ｃの平面透視図である。
【図４】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す図であり、（ａ）は、誘電体３ｂ，３ｃの断面図、（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。
【図５】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す図であり、（ａ）は、誘電体３ｂ，３ｃの断面図、（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。
【図６】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す図であり、（ａ）は、誘電体３の断面図、（ｂ）は、（ａ）のＰ−Ｐ線における断面図、（ｃ）は、（ａ）のＱ−Ｑ線における断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す図であり、（ａ）は、誘電性構造体の断面図、（ｂ）は、誘電体３ｂの平面透視図、（ｃ）は、誘電体３ｃの平面透視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る反応装置の構造的な構成を示す概念図である。
【図９】図８の反応装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・誘電性構造体
２・・・基体
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ・・・誘電体
４・・・支持部
５・・・空洞
６・・・電極
７ａ・・第１導電層
７ｂ・・第２導電層
８ａ，８ｂ・・・外部端子
９・・・貫通孔
１０・・貫通導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に設けられた複数の導体層からなる電極とを有し、前記電極間に電圧を印加することにより前記誘電体間にプラズマを発生可能な誘電性構造体であって、
前記誘電体の少なくとも１つにおいて、前記電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第１導体層と、前記貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、前記第１導体層に電気的に接続される第２導体層とからなる誘電性構造体。
【請求項２】
前記複数の誘電体のうち対向する少なくとも一組の第１誘電体および第２誘電体において、
前記第１誘電体および前記第２誘電体の前記各電極は、前記第１導体層と前記第２導体層とからなり、
前記第１誘電体の前記第２導体層と前記第２誘電体の前記第２導体層は、対向している請求項１に記載の誘電性構造体。
【請求項３】
前記第１誘電体において、前記第２導体層は、前記第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と前記第１導体層との間に位置しており、
前記第２誘電体において、前記第２導体層は、前記第１誘電体に対向する該第２誘電体の表面と前記第１導体層との間に位置している請求項２に記載の誘電性構造体。
【請求項４】
前記第１誘電体において、前記第２導体層は、前記第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と前記第１導体層との間に設けられ、
前記第２誘電体において、前記第２導体層は、前記第１導体層に関して、前記第１誘電体に対向する表面と反対側に設けられる請求項２に記載の誘電性構造体。
【請求項５】
前記複数の誘電体は、交互に配列される第１誘電体と第２誘電体とを有し、
前記第１誘電体の前記電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第１導体層と、前記貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、前記第１導体層に電気的に接続される第２導体層とからなり、
前記第２誘電体の前記電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第３導体層と、前記貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、前記第３導体層に電気的に接続される第４導体層とからなり、
前記第１誘電体において、前記第２導体層は、前記第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と前記第１導体層との間に設けられ、
前記第２誘電体において、前記第４導体層は、前記第３導体層に関して、前記第１誘電体に対向する表面と反対側に設けられ、
前記第２導体層は、前記第３導体層に対向し、
前記第４導体層は、前記第１導体層に対向し、
隣接する誘電体間において、前記第２導体層と前記第３導体層との間の距離、および前記第１導体層と前記第４導体層との間の距離は等しい請求項１に記載の誘電性構造体。
【請求項６】
前記少なくとも１つの誘電体において、前記第２導体層は、前記第１導体層に、前記第２導体層と前記第１導体層との間に設けられた貫通導体によって電気的に接続されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の誘電性構造体。
【請求項７】
前記少なくとも１つの誘電体において、前記第２導体層に対向する表面に触媒が担持されている請求項１から６のいずれかに記載の誘電性構造体。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の誘電性構造体と、
前記誘電性構造体の前記電極間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、
前記誘電体間に流体を供給可能な供給部と
を備えた反応装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の誘電性構造体を製造するための製造方法であって、
前記誘電体並びに該誘電体に設けられた前記電極を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成する誘電性構造体の製造方法。
【請求項１】
一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に設けられた複数の導体層からなる電極とを有し、前記電極間に電圧を印加することにより前記誘電体間にプラズマを発生可能な誘電性構造体であって、
前記誘電体の少なくとも１つにおいて、前記電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第１導体層と、前記貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、前記第１導体層に電気的に接続される第２導体層とからなる誘電性構造体。
【請求項２】
前記複数の誘電体のうち対向する少なくとも一組の第１誘電体および第２誘電体において、
前記第１誘電体および前記第２誘電体の前記各電極は、前記第１導体層と前記第２導体層とからなり、
前記第１誘電体の前記第２導体層と前記第２誘電体の前記第２導体層は、対向している請求項１に記載の誘電性構造体。
【請求項３】
前記第１誘電体において、前記第２導体層は、前記第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と前記第１導体層との間に位置しており、
前記第２誘電体において、前記第２導体層は、前記第１誘電体に対向する該第２誘電体の表面と前記第１導体層との間に位置している請求項２に記載の誘電性構造体。
【請求項４】
前記第１誘電体において、前記第２導体層は、前記第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と前記第１導体層との間に設けられ、
前記第２誘電体において、前記第２導体層は、前記第１導体層に関して、前記第１誘電体に対向する表面と反対側に設けられる請求項２に記載の誘電性構造体。
【請求項５】
前記複数の誘電体は、交互に配列される第１誘電体と第２誘電体とを有し、
前記第１誘電体の前記電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第１導体層と、前記貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、前記第１導体層に電気的に接続される第２導体層とからなり、
前記第２誘電体の前記電極は、貫通孔および欠け部の少なくとも一方を有する第３導体層と、前記貫通孔および欠け部に対応する位置に設けられ、前記第３導体層に電気的に接続される第４導体層とからなり、
前記第１誘電体において、前記第２導体層は、前記第２誘電体に対向する該第１誘電体の表面と前記第１導体層との間に設けられ、
前記第２誘電体において、前記第４導体層は、前記第３導体層に関して、前記第１誘電体に対向する表面と反対側に設けられ、
前記第２導体層は、前記第３導体層に対向し、
前記第４導体層は、前記第１導体層に対向し、
隣接する誘電体間において、前記第２導体層と前記第３導体層との間の距離、および前記第１導体層と前記第４導体層との間の距離は等しい請求項１に記載の誘電性構造体。
【請求項６】
前記少なくとも１つの誘電体において、前記第２導体層は、前記第１導体層に、前記第２導体層と前記第１導体層との間に設けられた貫通導体によって電気的に接続されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の誘電性構造体。
【請求項７】
前記少なくとも１つの誘電体において、前記第２導体層に対向する表面に触媒が担持されている請求項１から６のいずれかに記載の誘電性構造体。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の誘電性構造体と、
前記誘電性構造体の前記電極間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、
前記誘電体間に流体を供給可能な供給部と
を備えた反応装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の誘電性構造体を製造するための製造方法であって、
前記誘電体並びに該誘電体に設けられた前記電極を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成する誘電性構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２９７９５（Ｐ２０１０−２９７９５Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９５２４６（Ｐ２００８−１９５２４６）
【出願日】平成２０年７月２９日（２００８．７．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２９日（２００８．７．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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