(57)【要約】【課題】導体基板と針電極との距離を精度良く制御し、効率よくプラズマを発生させるとともに、オゾンの発生量を低減させ、効率よく空気とプラズマとを接触させる。【解決手段】流体流通孔１１を有する絶縁体層１と、絶縁体層１の一方面１ａに設けられ、流体流通孔１１と連通する第１貫通孔２１を有する第１電極２と、絶縁体層２の他方面１ｂに設けられ、先端３１ａが流体流通孔１１の開口縁１１ａに位置する突起部３１を有する第２電極３とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流通孔を有する絶縁体層と、
前記絶縁体層の一方面に設けられ、前記流体流通孔と連通する第１貫通孔を有する第１電極と、
前記絶縁体層の他方面に設けられ、先端が前記流体流通孔の開口縁に位置する突起部を有する第２電極とを有するプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記突起部が、先端が尖った形状をなすものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
１つの流体流通孔に対して、前記突起部が複数設けられている請求項１又は２記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記第１電極に対して前記絶縁体層とは反対側に設けられ、前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔を有する第３電極を備え、
前記第１電極又は前記第３電極の対向面のうち何れか一方に誘電体膜が設けられている請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記流体流通孔を通過する空気が、前記第３電極から前記第２電極に向かって流れるように送風する送風機構を備える請求項４記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記第２電極が複数設けられており、
前記複数の第２電極回路の一部と前記第１電極との間で放電させるための第１駆動回路が独立して設けられており、
前記第３電極及び前記第１電極との間で放電させるための第２駆動回路が設けられており、
前記第１駆動回路の駆動回路数及び前記第２駆動回路の駆動周波数を制御することによって、殺菌モードを可変としている請求項４又は５記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記第２電極が複数設けられており、
前記複数の第２電極回路の一部と前記第１電極との間で放電させるための第１駆動回路が独立して設けられており、
前記第１駆動回路の駆動回路数を制御することによって、プラズマの発生モードを可変としている請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。
【０００３】
このような問題を解決するために、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる技術がある。具体的には、大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカル（以下、活性種）によって殺菌や脱臭を行う技術があり、次の２つの形式に分類できる。
（１）大気中に浮遊する菌やウィルス（以下、浮遊菌）、もしくは悪臭物質（以下、臭気）を装置内の限られた容積内で活性種と反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献１）
（２）プラズマ発生部で生成された活性種を（１）よりも容積の大きな閉空間（例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等）へ放出し、大気中での活性種と浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献２）
【０００４】
ここで、上記の受動型及び能動型の両方を兼ね備えたプラズマ発生装置として、特許文献３に示すように、流体流通孔を有する２枚の導体基板を対向させるとともに、それら導体基板の対向面の少なくとも一方に誘電体膜を形成して、それら２枚の基板間に形成されるギャップにプラズマ放電を発生させるものが考えられている（図４参照）。
【０００５】
しかしながら、流体流通孔から離れたギャップ領域でプラズマ放電が発生してしまうため、そのギャップに滞留する空気中の酸素がオゾン化してしまい、オゾンの発生量が多くなってしまうという問題がある。
【０００６】
一方、図５に示すように、流体流通口を有する導体基板と、当該導体基板から離間して設けられ、流体流通孔に垂直な方向に延びる針電極とを有するプラズマ発生装置がある。このように構成したプラズマ発生装置は、前記針電極から発生するイオン種は寿命が長く、広い空間に放出されても電荷を保持することができるため、浮遊菌の殺菌に好適に用いられる。
【０００７】
しかしながら、このような針電極を用いるものでは、前記導体基板と前記針電極との間が空間であり、物理的なものを介さないので、精度良く距離を規定することができず、前記導体基板の前記流体流通口と前記針電極との距離の制御が難しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２２４２１１号公報
【特許文献２】特開２００３−７９７１４号公報
【特許文献３】特開２００７−２５０２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、導体基板と針電極との距離を精度良く制御し、効率よくプラズマを発生させるとともに、オゾンの発生量を低減させ、効率よく空気とプラズマとを接触させることを主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は、流体流通孔を有する絶縁体層と、前記絶縁体層の一方面に設けられ、前記流体流通孔と連通する第１貫通孔を有する第１電極と、前記絶縁体層の他方面に設けられ、先端が前記流体流通孔の開口縁に位置する突起部を有する第２電極とを有することを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、前記絶縁体層の厚さによって前記第１電極と前記第２電極との距離を規定することができ、前記第１電極の前記第１貫通孔と前記第２電極の前記突起部の先端との距離を精度良く制御し、効率よくプラズマを発生させることができる。また、前記第２電極の前記突起部の先端のみにプラズマが発生するので、空気流と接触しない部分にプラズマを発生させることを防止し、オゾンの発生量を低減させることができる。
【００１２】
前記突起部が、先端が尖った形状をなすものであることが望ましい。これならば、コロナ放電プラズマの発生箇所を前記突起部の先端により集中させることができ、プラズマを発生し易くすることができる。また、プラズマを発生させる領域を前記流体流通孔の開口縁近傍に集中させることができるので、空気流と接触しない部分にプラズマを発生させることを防止し、オゾンの発生量をより低減させることができる。
【００１３】
１つの流体流通孔に対して、前記突起部が複数設けられていることが望ましい。これならば、コロナ放電プラズマの発生箇所を増やし、プラズマ及び当該プラズマにより発生するイオン種の数を増やせるので、プラズマに接触した空気のイオン密度を増大させることができる。
【００１４】
前記第１電極に対して前記絶縁体層とは反対側に設けられ、前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔を有する第３電極を備え、前記第１電極又は前記第３電極の対向面のうち何れか一方に誘電体膜が設けられていることが望ましい。これならば、前記第１電極及び前記第３電極の間において発生するマイクロギャップ放電プラズマを利用することができ、前記第２電極の前記突起部において発生するコロナ放電プラズマに加え、マイクロギャップ放電プラズマにより発生するイオン種も利用することができるので、浮遊菌及び付着菌の殺菌と脱臭とを単一の装置で同時に実現することができる。
【００１５】
前記流体流通孔を通過する空気が、前記第３電極から前記第２電極に向かって流れるように送風する送風機構を備えることが望ましい。これならば、前記第１電極及び前記第３電極の間において発生するマイクロギャップ放電プラズマにより発生した正イオンを前記第２電極の前記突起部のコロナ放電プラズマにより発生する負イオンによって電気的に中和することができ、効率よく浮遊菌及び付着菌の殺菌と、脱臭とを効率よく実現することができる。
【００１６】
前記第２電極が複数設けられており、前記複数の第２電極回路の一部と前記第１電極との間で放電させるための第１駆動回路が独立して設けられており、前記第３電極及び前記第１電極との間で放電させるための第２駆動回路が設けられており、前記第１駆動回路の駆動回路数及び前記第２駆動回路の駆動周波数を制御することによって、殺菌モードを可変としていることが望ましい。これならば、付着菌の殺菌及び脱臭を重点的に行うモードと、浮遊菌の殺菌を重点的に行うモードとを段階的に切換えることができ、使用状況に合わせた制御を行うことができる。
【００１７】
前記第２電極が複数設けられており、前記複数の第２電極回路の一部と前記第１電極との間で放電させるための第１駆動回路が独立して設けられており、前記第１駆動回路の駆動回路数を制御することによって、プラズマの発生モードを可変としていることが望ましい。これならば、所望のコロナ放電プラズマを得ることができ、使用状況に合わせた細かい制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
このように構成した本発明によれば、導体基板と針電極との距離を精度良く制御し、効率よくプラズマを発生させるとともに、オゾンの発生量を低減させ、効率よく空気とプラズマとを接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態におけるプラズマ発生装置の構造を示す模式図。
【図２】変形実施形態におけるプラズマ発生装置の構造を示す模式図。
【図３】変形実施形態におけるプラズマ発生装置の構造を示す模式図。
【図４】従来のマイクロギャッププラズマ発生装置の構造を示す模式図。
【図５】従来のコロナ放電プラズマ発生装置の構造を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜１．第１実施形態＞
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
本実施形態のプラズマ発生装置１００は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品における例えば脱臭殺菌装置に用いられるものである。この脱臭殺菌装置とは、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌及び付着菌を殺菌し、さらに臭気物質を脱臭するものである。
【００２２】
具体的にこのプラズマ発生装置１００は、図１に示すように、流体流通孔１１を有する絶縁体層１と、絶縁体層１の一方面１ａに設けられ、流体流通孔１１と連通する第１貫通孔２１を有する第１電極２と、絶縁体層１の他方面１ｂに設けられ、流体流通孔１１の開口縁１１ａに先端３１ａが位置する突起部３１を有する複数の第２電極３とを有する。このように、プラズマ発生装置１００は、絶縁体層１と、第１電極２と、第２電極３とによる積層構造により構成されるものである。
【００２３】
絶縁体層１は、本実施形態では第１誘電体層１であって、平面視において概略矩形形状をなすものであり、流体流通孔１１が設けられている。当該流体流通孔１１は、面板方向から視たときに（平面視において）概略円形状をなすものである。
【００２４】
第１誘電体層１を構成する材料として、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどの材料からなるものであっても良い。
【００２５】
第１電極２は、第１誘電体層１の一方面１ａの略全体に接触してに設けられ、平面視において概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。また、第１電極２は、前述した流体流通孔１１と連通する第１貫通孔２１を有している。当該第１貫通孔２１は、面板方向から視たときに（平面視において）概略円形状をなすものであり、流体流通孔１１と第１貫通孔２１との輪郭が一致するように形成されている。
【００２６】
第２電極３は、第１誘電体層１の他方面１ｂに接触して複数設けられ、流体流通孔１１の開口縁１１ａに先端３１ａが位置する突起部３１を有し、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。具体的に突起部３１は、先端３１ａが尖った鋭角形状をなしており、本実施形態の第２電極３は、平面視において概略三角形をなすものであり、３つの角のうちいずれか１つの角の先端３１ａが流体流通孔１１の開口縁１１ａに位置するものである。なお、第２電極３の平面視における形状は三角形に限らず、先端３１ａが流体流通孔１１の開口縁１１ａに位置しているものであれば良く、例えば多角形であっても良いし、概略円形状であっても良い。
【００２７】
以上のように構成されたプラズマ発生装置１００は、所定電圧を印加することにより第２電極３の突起部３１の先端３１ａにコロナ放電を発生させ、コロナ放電によりプラズマを発生させることができる。また、第１誘電体層１の比誘電率が低いほどプラズマの発生が突起部３１の先端３１ａに集中し、所望のプラズマを発生させることができる。その関係を下記の表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記の表１に示すように、比誘電率が１０００以下であれば放電が発生し、比誘電率が１００以下であれば突起部３１の先端３１ａでコロナ放電によるプラズマが発生する傾向が強くなる。
【００３０】
また、隣り合う第２電極３間での短絡を防止するためには、第１誘電体層１の厚さが、耐電圧を保持するのに十分な厚さである必要がある。具体的な関係を下記の表２に示す。
【００３１】
【表２】
2014110161.tif 000004
【００３２】
上記の表２に示すように、第１誘電体層１の厚さが０．１ｍｍ（１００μｍ）以上であれば、耐電圧を保持するのに十分な厚さであると言え、隣り合う第２電極３間での短絡を防止することができる。
【００３３】
以上のように構成されたプラズマ発生装置１００であれば、図１に示すように、コロナ放電によるプラズマが突起部３１の先端３１ａに集中して発生し、このプラズマと空気とが接触することによりイオン種が発生する。
【００３４】
なお、このように構成したプラズマ発生装置１００の製造方法としては、第１貫通孔２１を有する第１電極２の一方面に第１誘電体層１を形成し、この形成された第１誘電体層１に対して第１電極２とは反対側に第２電極３を配置する。また、このようなプラズマ発生装置１００の製造方法であれば、第１誘電体層１を形成する工程において、当該第１誘電体層１の厚さを制御することにより、第１電極２と第２電極３との距離を制御することができる。
【００３５】
＜第１実施形態の効果＞
このように構成したプラズマ発生装置１００によれば、第１誘電体層１の厚さによって第１電極２と第２電極３との距離を規定することができ、第１電極２の第１貫通孔２１と第２電極３の突起部３１の先端３１ａとの距離を精度良く制御し、効率よくプラズマを発生させることができる。また、第２電極３の突起部３１の先端３１ａのみにプラズマが発生するので、空気流と接触しない部分にプラズマを発生させることを防止し、オゾンの発生量を低減させることができる。さらに、第１誘電体層１の厚さが耐電圧を保持するのに十分な厚さにしてあるので、隣り合う第２電極３間での短絡を防止することができる。
【００３６】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について図２を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態のプラズマ発生装置１００は、第１誘電体層１と、第１電極２及び第２電極３に当たる部分は前記第１実施形態と同一の構成である。さらに本実施形態では、第１電極２に対して第１誘電体層１とは反対側に設けられ、流体流通孔４１を有する第２誘電体層４と、第２誘電体層４に対して第１電極２とは反対側に設けられ、流体流通孔５１を有する第３誘電体層５と、第３誘電体層５に対して第２誘電体層４とは反対側に設けられ、第２貫通孔６１を有する第３電極６とを備え、第２誘電体層４及び第３誘電体層５の間にマイクロギャップ７が設けられている。
【００３８】
第２誘電体層４は、平面視において概略矩形形状をなすものであり、流体流通孔４１が設けられている。当該流体流通孔４１は、面板方向から視たときに（平面視において）概略円形状をなすものである。同様に、第３誘電体層５は、平面視において概略矩形形状をなすものであり、流体流通孔５１が設けられている。当該流体流通孔５１は、面板方向から視たときに（平面視において）概略円形状をなすものである。
【００３９】
第２誘電体層４及び第３誘電体層５を構成する材料として、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどの材料からなるものであっても良い。
【００４０】
これら第２誘電体層４及び第３誘電体層５の間に所定電圧を印加することにより、マイクロギャップ７においてマイクロギャッププラズマが発生する。また、第２誘電体層４及び第３誘電体層５の間に印加される電圧又は周波数等は、可変できるように構成してある。
【００４１】
なお、流体流通孔４１及び流体流通孔５１は、面板方向から視たときに（平面視において）概略円形状をなすものであり、流体流通孔１１の輪郭に一致するように形成されている。
【００４２】
第３電極６は、第３誘電体層５の一方面５ａに設けられ、平面視において概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。また、第３電極６は、流体流通孔１１と連通する第２貫通孔６１を有している。当該第２貫通孔６１は、面板方向から視たときに（平面視において）概略円形状をなすものであり、流体流通孔１１の輪郭に一致するように形成されている。
【００４３】
また、本実施形態のプラズマ発生装置１００は、図３に示すように、第２電極３の第１駆動回路３Ａが、複数の独立した回路で制御されるように構成されている。具体的には、第１駆動回路３Ａが４つの独立した回路で構成されている。このように第２電極３を４つの独立した第１駆動回路３Ａで構成した上で、マイクロギャップ放電の周波数を可変できるように構成してあるので、下記の表３のように殺菌モードを段階的に切換えることができる。
【００４４】
【表３】
2014110161.tif 000005
【００４５】
以上のように構成されたプラズマ発生装置１００であれば、図２に示すように、第２電極３の突起部３１の先端３１ａにおいてコロナ放電によるプラズマが発生するとともに、マイクロギャップ７においてもマイクロギャップ放電によるプラズマが発生し、それぞれのプラズマと空気とが接触することによりイオン種が発生する。
【００４６】
本実施形態では、以上のように構成されたプラズマ発生装置１００と送風機構２０とを組み合わせて、図３のようにプラズマ発生機構２００を構成する。
【００４７】
送風機構２０は、例えば送風ファン等であり、プラズマ発生装置１００の第３電極６側に配置され、第２貫通孔６１側から流体流通孔１１側に向かって強制的に風を送るものである。
【００４８】
このように構成されたプラズマ発生機構２００においては、マイクロギャップ７が空気流の上流側、第２電極３が空気流の下流側に配置されているので、マイクロギャップ放電によるプラズマにより発生した正イオンを、下流側においてコロナ放電で電気的に中和することができる。この場合、両電極が動作した場合の負イオン数は、次式
マイクロギャップの負イオン数＋コロナ放電の負イオン数−マイクロギャップの正イオン数＝両電極が動作した場合の負イオン数
となる。下記の表４にイオン数の実測値の一例を示す。
【００４９】
【表４】
2014110161.tif 000006
【００５０】
なお、両電極が動作した場合の負イオン数の予測値は５４０ｋ／ｃｍ３であったが、上記表４の実測値５５０ｋ／ｃｍ３との誤差はイオン測定の誤差及び、中和しきれていない正イオンによるものと考えられる。
【００５１】
＜第２実施形態の効果＞
このように構成したプラズマ発生装置１００及びプラズマ発生機構２００によれば、第２電極３の突起部３１の先端３１ａにおいて発生するコロナ放電により発生するプラズマと、マイクロギャップ７により発生するプラズマとの両方のプラズマで発生するイオン種を利用することができ、付着菌及び浮遊菌の殺菌と脱臭とを同時に実現することができる。また、マイクロギャップ７が空気流の上流側、第２電極３が空気流の下流側に配置されているので、マイクロギャップ放電により発生した正イオンが、第２電極３の突起部３１の先端３１ａで発生するコロナ放電により発生する負イオンによって電気的に中和され、浮遊菌及び付着菌の殺菌と、脱臭とを効率よく実現することができる。
【００５２】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば第１電極２及び第３電極６の間が、１層の誘電体層で構成されるものであっても良い。
【００５３】
マイクロギャップ放電の周波数を固定し、第１駆動回路３Ａの駆動回路数を制御することによってプラズマの発生モードを可変としているものでも良い。これならば、所望のコロナ放電プラズマを得ることができ、使用状況に合わせた制御をすることができる。
【００５４】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１００・・・プラズマ発生装置
１    ・・・第１誘電体層
１ａ  ・・・一方面
１ｂ  ・・・他方面
１１  ・・・流体流通孔
１１ａ・・・開口縁
２    ・・・第１電極
２１  ・・・第１貫通孔
３    ・・・第２電極
３１  ・・・突起部
３１ａ・・・先端
４    ・・・第２誘電体層
４１  ・・・流体流通孔
５    ・・・第３誘電体層
５ａ  ・・・一方面
５１  ・・・流体流通孔
６    ・・・第３電極
６１  ・・・第２貫通孔
７    ・・・マイクロギャップ
３Ａ  ・・・第１駆動回路
２００・・・プラズマ発生機構
２０  ・・・送風機構
【図１】
2014110161.tif 000007
【図２】
2014110161.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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