(57)【要約】【課題】強電界を発生させるとともに、強電界が発生している領域に処理対象を効率よく誘導できる電界発生装置を提供する。【解決手段】第一電極構造体１０の電極１１ａが第二電極構造体２０の芯状電極２１よりも電界発生面積が大きいことで、電極間に強い不平等電界を生じさせる。さらに、流体が通過可能な通路を設けることで、処理対象となる流体通路の上流側から下流側に向けて第一電極構造体１０と第二電極構造体２０がこの順で配置されるため、不平等電界は流体の通路内に形成される。よって、殺菌装置１００は、第一電極構造体１０を通過した処理対象は不平等電界に効率よく誘導され、さらに第二電極構造体２０に至ると強電界に曝されるため、高い処理能力を享受できる。この機能は、殺菌装置、気体分解装置、ガス検知器装置に適用される。【選択図】図２
2014018703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流から下流に向けて流体が流れる通路と、
前記通路の上流側に設けられ、前記流体が通過可能な第一電極と、
前記第一電極よりも前記通路の下流側に設けられ、前記第一電極に対向する先端が誘電体からなるマスクで覆われている第二電極と、を備え
前記第一電極が前記第二電極よりも電界発生面積が大きいことで、前記第一電極と前記第二電極の間に不平等電界を生じさせることを特徴とする電界発生装置。
【請求項２】
前記通路と、前記第一電極と、前記第二電極と、を備える電界発生ユニットが、
前記通路に直交する方向に、格子状に配列された、
請求項１に記載の電界発生装置。
【請求項３】
金属製のメッシュからなる電極素材と、
表裏を貫通する第一貫通孔が格子状に形成され、前記第二電極に対向する側において前記電極素材と積層される絶縁体プレートと、を備え、
前記電極素材であって、前記第一貫通孔により取り囲まれる領域が前記第一電極を構成する第一電極構造体と、
前記第二電極をなし、前記通路に沿って配置される複数の針状電極と、
表裏を貫通する第二貫通孔が格子状に形成され、前記第一電極に対向する側において前記針状電極の先端が接する誘電体プレートと、を備え、
各々の前記芯状電極が、対応する前記絶縁体プレートの前記第一貫通孔に対向するように配置される第二電極構造体と、
を備える、
請求項２に記載の電界発生装置。
【請求項４】
前記第二電極構造体において、
前記芯状電極は、その先端から所定の範囲まで前記誘電体プレートに埋め込まれることで、前記誘電体プレートに保持される、
請求項３に記載の電界発生装置。
【請求項５】
前記第一電極と前記第二電極の間に電圧を印加する電源を備え、
前記第一電極が前記電源の負極側に接続され、前記第二電極が前記電源の正極側に接続される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電界発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不平等電界を発生させる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界を利用して物質を処理することが知られている。例えば、特許文献１では分化活性解析、特許文献２では細胞分離、特許文献３では粒子分離に電界を用いることが開示されている。その他に、電界を殺菌に用いることも知られている。
従来、家庭の空気中のウィルス、花粉、細菌の殺菌や、無菌環境が求められる医療現場、食品の生産現場の雰囲気中の殺菌方法として、プラズマ殺菌法、放電殺菌法、および、紫外線殺菌法が用いられていた。
しかし、プラズマ殺菌および放電殺菌には、感電の危険性があること、オゾンが発生するため人に害があること、さらに装置が大がかりであるため高出力電源が必要であるという問題があった。また、紫外線殺菌では、紫外線との距離によって減衰が大きく、さらに温度によって強度が変化するため、使用条件に制限があるという問題があった。
そこで、本発明者は、簡易な構成により、電界を利用して空気中の菌を殺菌することができる装置を特許文献４にて提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９１０９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２２１６号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５３１４０号公報
【特許文献４】特開２００８−１５４７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献４で提案した装置は相当の殺菌能力を備えているものの、使用される環境によっては、さらに殺菌能力の高い装置が求められている。高い殺菌能力を得るには、殺菌装置の基礎となる電界発生装置が強い電界を発生させることが求められる。そして、この強電界を発生する装置は、殺菌に限らず、特許文献１〜特許文献３に開示されている例も含め、種々の用途に用いることができる。
一方で、単に強電界を発生しただけで高い殺菌能力が得られるとは限らない。処理対象が例えば菌を含む空気の場合には、強電界が発生している領域に空気を効率よく誘導することが望まれる。
そこで本発明は、強電界を発生させるとともに、強電界が発生している領域に処理対象を効率よく誘導できる電界発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、強電界を発生させるために不平等電界を利用する。加えて、強電界が発生している領域に処理対象を効率よく誘導するために、処理対象たる流体（気体、液体）が流れる通路を設け、この通路に不平等電界を発生させるための要素を配置することを提案する。
すなわち本発明の電界発生装置は、上流から下流に向けて流体が流れる通路と、通路の上流側に設けられ、流体が通過可能に構成される第一電極と、第一電極よりも通路の下流側に設けられ、第一電極に対向する先端が誘電体からなるマスクで覆われる第二電極と、を備える。
本発明は、第一電極が第二電極よりも電界発生面積が大きいことで、第一電極と第二電極の間に不平等電界を生じさせる。ちなみに、強電界は第二電極側に生ずる。
【０００６】
不平等電界を発生させる本発明の電界発生装置は、電界発生面積が小さい第二電極側に強電界を発生させることができる。しかも本発明は、流体が通過可能に第一電極を構成するとともに、処理対象となる流体の通路の上流側から下流側に向けて第一電極と第二電極がこの順で配置されるため、不平等電界は流体の通路内に形成される。したがって、本発明の電界発生装置によると、第一電極を通過した処理対象は不平等電界に効率よく誘導され、さらに第二電極に至ると強電界に曝されるので、高い処理能力を享受できる。
【０００７】
本発明の電界発生装置は、通路と、第一電極と、第二電極と、を備える電界発生ユニットを単数又は複数備えることができる。複数の電界発生ユニットを備える場合には、通路に直交する方向に、格子状に電界発生ユニットを配列することが好ましい。そうすることにより、多量の処理対象を、無理なく処理できるとともに、各電界発生ユニットで均等に処理することができる。
【０００８】
本発明は、複数の電界発生ユニットを格子状に配列する具体的な構成を提案する。
この提案は、第一電極構造体と、第二電極構造体と、を備える。
第一電極構造体は、金属製のメッシュからなる電極素材と、表裏を貫通する第一貫通孔が格子状に形成され、第二電極に対向する側において電極素材と積層される絶縁体プレートと、を備える。この第一電極構造体は、電極素材であって、第一貫通孔により取り囲まれる領域が第一電極を構成する。
第二電極構造体は、通路に沿って配置される複数の針状電極が第二電極をなすとともに、表裏を貫通する第二貫通孔が格子状に形成され、第一電極に対向する側において針状電極の先端が接する誘電体プレートを備える。第二電極構造体は、各々の芯状電極が、対応する絶縁体プレートの第一貫通孔に対向するように配置される。
以上の構成によると、第一電極構造体の電極素材を金属製のメッシュとし、また、第二電極構造体のマスクとなるべき部分を誘電体プレートとするなどしているので、複数の電界発生ユニットを個別に作製するのに比べて、コストを抑えることができる。
さらに、第二電極構造体において、芯状電極を、その先端から所定の範囲まで誘電体プレートに埋め込むことで、誘電体プレートに保持すれば、他に芯状電極を保持する絶縁体からなる部材を省くことができる。
【０００９】
本発明は、第一電極と第二電極の間に電圧を印加する電源を装置の構成要素として備えることができるし、電源を外部に求めることもできる。何れの場合も、第一電極を電源の負極側に接続し、第二電極を電源の正極側に接続すると、処理対象、例えば菌をクーロン力により第二電極側に誘導できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電界発生装置によると、第一電極を通過した処理対象は不平等電界に効率よく誘導され、さらに第二電極に至ると強電界に曝されるので、高い処理能力を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態における電界を形成する部品の配置を表す概略図である。
【図２】本実施の形態における電界殺菌装置の側面図である。
【図３】電極間絶縁破壊を生じる強電界部の形成を示している。
【図４】不平等電界中における菌の軌跡を示している。
【図５】細胞膜の絶縁破壊放電による菌の自己破壊を示している。
【００１２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態では、本発明の不平等電界発生装置を殺菌装置１００に用いた例を示す。この殺菌装置１００は、図１及び図２に示すように、第一電極構造体１０と、第一電極構造体１０と所定の間隔をあけて対向配置される第二電極構造体２０と、配線３１を介して第一電極構造体１０と第二電極構造体２０に電圧を印加する電源３０と、を主たる構成要素として備えている。殺菌装置１００は、第一電極構造体１０と第二電極構造体２０の間に不平等な高電界を発生させ、これにより空気中の菌を死滅する。
以下、各構成要素を順に説明する。
【００１３】
［第一電極構造体１０］
第一電極構造体１０は、第二電極構造体２０とともに、平面方向に格子状に配列される複数の不平等電界を発生させる。
図１及び図２に示すように、第一電極構造体１０は、電極素材１１と、その表裏両側を挟む絶縁体マスク１２、１３と、から構成される。
【００１４】
電極素材１１は、電源３０から電圧が印加されると、負極として電界の発生源となる。
本実施形態は、ステンレス鋼からなる細線を編んで作製されるメッシュ（金網）から電極素材１１を構成する。メッシュの目開きとしては、例えば、１６０mesh/inchのものを用いることができる。なお、ステンレス製のメッシュを電極素材１１に用いるのは、耐食性を考慮したためである。第二電極構造体２０の芯状電極２１も同様である。
本実施形態で電極素材１１にメッシュを用いるのは、殺菌処理される空気が電極素材１１の表裏を貫通して通過できるようにするためであり、この電極素材１１は多数の通気孔を有することになる。したがって、電極素材１１としては、ステンレス製のメッシュに限るものではなく、多数の通気孔を備え、かつ導電性を有している種々の部材を用いることができる。例えば、エッチングにより微小な貫通孔が形成されたステンレス鋼板を電極素材１１に用いることができるし、また、平板状の絶縁体表面に形成されたカーボン膜を電極素材１１に用いることができる。後者の場合、当該絶縁体が後述する絶縁体マスク１３に相当し、絶縁体とカーボン膜を貫通して通気孔を形成する。ただし、本実施形態のようにステンレス製のメッシュを用いるのがコストの点で有利である。
【００１５】
絶縁体材料からなる絶縁体マスク１３は、その表裏を貫通する通気孔１３ａが格子状に配置されている。本実施形態の各通気孔１３ａは、開口形状が円形とされており、その開口面積をＳ０とする。ただし、通気孔１３ａの開口形状は円形に限るものでなく、楕円、多角形、その他の形状を採用できる。通気孔１３ａの数は任意であり、装置の大きさや装置の使用目的によって適宜変更できる。絶縁体マスク１３は、第二電極構造体２０に対向する側に配置される。
絶縁体マスク１３は通気孔１３ａを備えているので、絶縁体マスク１３と積層される電極素材１１は、通気孔１３ａに対応する領域が第二電極構造体２０に向けて露出し、面積Ｓ０の電極１１ａ（第一電極）が通気孔１３ａの数に応じて形成される。こうして絶縁体マスク１３は、通気孔１３ａ以外の部分が電極素材１１を覆うことで、電極１１ａを創出する。電極素材１１は、電極１１ａの第二電極構造体２０に対向する部分が実際に電界を発生する電界発生面になる。
絶縁体マスク１３は、電極素材１１を保持する役割をも担うので、絶縁性を有しているとともに、所定の剛性を備えていることが求められる。この機能を備えている限り、絶縁体マスク１３を構成する材質は問われない。典型的には絶縁性の樹脂、例えば、ベークライト（フェノール樹脂）を用いることができる。ベークライトを用いる場合、厚さが１ｍｍ程度あれば、目的とする剛性を容易に得ることができる。
絶縁体マスク１３に形成する通気孔１３ａの面積（径）は、第二電極構造体２０とともに発生させる不平等電界の強度を左右する。この点について詳しくは後述するが、本実施形態の通気孔１３ａは、２．２５πｍｍ２（ｒ＝１.５ｍｍ，Ｄ＝３ｍｍ）としている。
本実施形態では、絶縁体マスク１３が電極素材１１と同じ平面積を有しているが、これは一例にすぎない。また、本実施形態では一体成形されたものとして絶縁体マスク１３を示しているが、必要な機能を有する限り、複数に分割してもよい。
【００１６】
本実施形態の絶縁体マスク１２は、その材質、通気孔１２ａを含め、絶縁体マスク１３と同じ仕様を有しており、電極素材１１を挟んで絶縁体マスク１３と反対側に配置される。また、絶縁体マスク１２はその通気孔１２ａと絶縁体マスク１３の通気孔１３ａとの中心が一致するように配置される。
絶縁体マスク１２は、電極素材１１を絶縁体マスク１３とともに固定するために使用されるものであり、電極素材１１が絶縁体マスク１３のみで固定できるのであれば絶縁体マスク１２を省略できるし、電極素材１１を固定する代替手段を用いることもできる。
以上の絶縁体マスク１２、電極素材１１及び絶縁体マスク１３を積層して得られる第一電極構造体１０は、通気孔１２ａ、電極素材１１（電極１１ａ）のメッシュ及び絶縁体マスク１３の通気孔１３ａが、その厚さ方向に連通することで、空気がその表裏を通過することができる。
【００１７】
［第二電極部］
第二電極構造体２０は、第一電極構造体１０とともに、平面方向に格子状に配列される複数の不平等電界を生成させる。
第二電極構造体２０は、複数の芯状電極２１（第二電極）と、芯状電極２１を保持して固定する保持ブロック２２と、芯状電極２１の先端面を覆う誘電体マスク２３と、から構成される。誘電体マスク２３は、第一電極構造体１０に対向するように配置され、保持ブロック２２は誘電体マスク２３の背後に配置される。
【００１８】
芯状電極２１は、電源３０から電圧が印加されると、正極として電界の発生源となる。
芯状電極２１は、処理対象である空気の流れる方向ｙに沿うように、保持ブロック２２に保持される。芯状電極２１は、その先端面が保持ブロック２２の表面（第二電極構造体２０に対向する面）と同一平面になるように、保持ブロック２２に保持される。また、芯状電極２１は、その先端面が通気孔１３ａの中心と一致するように保持ブロック２２に保持される。したがって、芯状電極２１の本数は、絶縁体マスク１３に形成される通気孔１３ａの数と同じである。
隣接する芯状電極２１は後端が電線２４で繋がっており、また、最外周に配置される芯状電極２１のうちの１本が配線３１を介して電源３０と接続されているので、当該芯状電極２１を介して全ての芯状電極２１に電源３０から電流を流し、漏れなく電極として作用させることができる。
【００１９】
本実施形態の芯状電極２１は、直径が０．４ｍｍ、長さが１５ｍｍのステンレス鋼から構成され、先端面が平面とされている。この芯状電極２１の先端面の面積Ｓ１は、０．０４πｍｍ２となり、電極１１ａの面積Ｓ０（２.２５πｍｍ２）より、非常に小さい（Ｓ1≪Ｓ０）。
芯状電極２１にステンレス鋼を用いること、他の材質を用いることができることは第一電極構造体１０の電極素材１１と同様の理由である。したがって、例えば、針状の絶縁体の表面に、導電コート剤を被覆した部材を芯状電極として用いることができる。
また、芯状電極２１の先端の形状は、平面に限らず、円弧面であってもよいし、あるいは、尖っていてもよく、寸法も上記に限るものではない。
【００２０】
絶縁体材料からなる保持ブロック２２は、芯状電極２１を機械的に保持するためのものであり、芯状電極２１の径に合った保持孔２２ｂが格子状に形成されている。芯状電極２１は、この保持孔２２ｂに例えば接着、あるいは圧入などの手段により保持ブロック２２に保持される。
また、保持ブロック２２には、互いに隣接する４本の芯状電極２１に囲まれた領域の中心に、表裏を貫通する円形の通気孔２２ａが形成されている。この通気孔２２ａは、第一電極構造体１０の電極１１ａに対応する位置に配置される。なお、通気孔２２ａの開口形状は円形に限られるものではない。
本実施形態の保持ブロック２２は、直径５ｍｍの通気孔２２ａが形成された、板厚１０ｍｍのアクリル板を用いる。
【００２１】
平板状の強誘電体からなる誘電体マスク２３は、電極１１ａと芯状電極２１の針先間で放電が生じることを防止するために設けられている。また、誘電体マスク２３には、その表裏を貫通する円形の通気孔２３ａが格子状に設けられている。この通気孔２３ａ保持ブロック２２の通気孔２２ａと直径が同じで、かつ互いの中心が一致している。さらに、誘電体マスク２３は、芯状電極２１の上部に相当する誘電体板上面の電界発生面２３ｂと電極１１ａとの間に不平等電界を発生させる。
【００２２】
誘電体マスク２３は、第一電極構造体１０に対向する側に配置される。また、誘電体マスク２３は保持ブロック２２の表面側に接触し、積層される。したがって、芯状電極２１の先端面は誘電体マスク２３の裏面に接触される（図２）。
本実施形態で、誘電体マスク２３は、直径５ｍｍの通気孔２３ａが形成された、厚さ１ｍｍのチタン酸バリウムからなる平板を使用する。なお、誘電体マスク２３の材質、寸法、および、通気孔２３ａの形状は、上記に限られるものではなく、適宜変更することができる。
【００２３】
以上の誘電体マスク２３と保持ブロック２２を積層して得られる第二電極構造体２０は、誘電体マスク２３の通気孔２３ａと、保持ブロック２２の通気孔２２ａが、その厚さ方向に連通することで、処理対象である空気がその表裏を通過することができる。
【００２４】
［第一電極構造体１０と第二電極構造体２０の組み付け］
以上説明した第一電極構造体１０、第二電極構造体２０は、その周囲が矩形状の枠１５により保持されている。したがって、これらの構成要素の平面方向の寸法は一致している。第一電極構造体１０と第二電極構造体２０がこのように組み付けられると、電極１１ａと芯状電極２１とからなる電界発生ユニットが格子状に配置される。個々の電界発生ユニットは、電極１１ａと芯状電極２１の中心が一致している。また、枠１５の上下の開口端には、フィルタ１４ａ、フィルタ１４ｂが設けられている。フィルタ１４ａ，１４ｂは、空気中に含まれる塵、水滴等の異物が殺菌装置１００に流入するのを防ぐとともに、流入してしまった異物が殺菌装置１００から排出されるのを防ぐために設けられる。フィルタ１４ａおよび１４ｂには、例えば、電極素材１１を構成したのと同じステンレスメッシュを用いることができる。
【００２５】
［電源３０］
電源３０は、電極素材１１の端部と、芯状電極２１の１本と、を配線３１により接続している。電源３０は、電極素材１１と芯状電極２１との間に電圧を印加させ、電界を発生させる。電源３０は、直流電流、交流電流およびパルス電流を使用できる。
【００２６】
［殺菌処理概要］
殺菌装置１００は、以上説明したように、フィルタ１４ａ、第一電極構造体１０、第二電極構造体２０、およびフィルタ１４ｂがこの順に、互いに間隔をあけて配置されている（図２）。
この殺菌装置１００には、フィルタ１４ａからフィルタ１４ｂに向けて処理対象となる空気が流れる。したがって、フィルタ１４ａが上流に位置し、フィルタ１４ｂが下流に位置する。
菌４０を含む汚染された空気は、上流から方向ｙに沿って殺菌装置１００に流入する。流入した空気は第一電極構造体１０の通気孔１２ａ、電極素材１１（電極１１ａ）及び通気孔１３ａを通過して、第一電極構造体１０と第二電極構造体２０の間の電界発生領域Ａに流入し、さらに第二電極構造体２０に向けて流れる。つまり、殺菌装置１００は、空気が流れる通路Ｐを備えている。この通路Ｐは、誘電体マスク２３の表面まで続いており、電極１１ａが円形であることから、円柱状の形態を有することになる。詳しくは後述するが、不平等電界はこの通路Ｐの内部に形成される一方、電極１１ａを通過した空気は、不平等電界が発生している通路Ｐに漏れなく流入する。
【００２７】
［不平等電界の発生原理］
次に、図３を用いて、以上の構成を備える殺菌装置１００による不平等電界の発生原理について説明する。
電源３０により、電極素材１１が負極、芯状電極２１が正極となるよう、両者間に電圧を印加すると、芯状電極２１の先端から電気力線が放出される。この電気力線は、誘電体マスク２３に垂直に侵入した後、誘電体マスク２３の電界発生面２３ｂを通過して電界発生領域Ａを放射状に拡がって進む。電気力線４１は第一電極構造体１０に向かって進み、負極である面積Ｓ０の電極１１ａに到達すると、誘電体マスク２３の電界発生面２３ｂと、電極１１ａと、の間に不平等電界ＥＦが発生される（図３（ａ），（ｂ））。
ここで、電極１１ａは芯状電極２１の先端よりも面積が大きい。したがって、電気力線４１の密度が、電極１１ａの側で疎となり、芯状電極２１の側で密となる（図３（ｂ））ことで、不平等電界ＥＦを発生させることができる。不平等電界ＥＦは、電極間の電気力線の密度が等しい平等電界に比べ、放電しづらいという特性がある。これは、電極１１ａの電気力線の密度が疎であるため、電流が流れにくいことに起因する。したがって、不平等電界ＥＦは放電を防止し、発生した電界を維持することができる。
【００２８】
なお、芯状電極２１と誘電体マスク２３の組み合わせの態様は、図３（ａ）に限られず、例えば、図３（ｃ）に示すように、芯状電極２１の先端が誘電体マスク２３に埋め込まれていてもよい。この形態によると、保持ブロック２２を省略できる。また、図３（ｄ）に示すように、芯状電極２１の先端面にのみ誘電体マスク２３を被せることもできる。この形態によると、誘電体マスク２３の使用量を必要最小限に抑えることができる。
【００２９】
［電界強度］
次に、不平等電界ＥＦにおける電界の強度について図３を参照して説明する。
電極１１ａの近傍の電界（強度）をＥ０とし、電界発生面２３ｂの電界をＥ１とすると、Ｅ０、Ｅ１は式（１）および（２）により表される。上述した通り、Ｓ1≪Ｓ０の関係から、Ｅ１≫Ｅ０となる。つまり、不平等電界ＥＦを発生させることにより、誘電体マスク２３上の電界発生面２３ｂに強電界を形成することができる。
【００３０】
【数１】
2014018703.tif 000003
【００３１】
【数２】
2014018703.tif 000004
【００３２】
式（１），（２）におけるパラメータは下記の通りである。
ＶＤ：印加電圧
ｄ０：電極素材１１と誘電体マスク２３表面間距離，ｄ１：誘電体マスク２３の厚さ
ε０：電界発生領域Ａ（空間）の誘電率，ε１：誘電体マスク２３の誘電率
【００３３】
例えば、各パラメータを以下に設定すると、電界発生面２３ｂには極めて強い電界Ｅ１を形成することができる。
ＶＤ＝５ｋＶ，  ｄ０＝１ｍｍ，  ｄ１＝１ｍｍ
ε１＝２９２０ε０（チタン酸バリウム），  Ｓ０＝２．２５πｍｍ2（Ｄ＝３ｍｍ）
Ｓ１＝０．０４πｍｍ2（Ｄ＝０．４ｍｍ）
Ｅ１＝２．８×１０５ｋＶ／ｍ
【００３４】
［菌の誘導、堆積］
次に、不平等電界ＥＦ中に侵入した菌４０を殺菌する仕組みについて、図４を用いて説明する。
菌４０が、気流により方向ｙに沿って運ばれ、絶縁体マスク１２の通気孔１２ａ、電極素材１１（電極１１ａ）、絶縁体マスク１３の通気孔１３ａを順に通過し、不平等電界ＥＦ中に進入したとする。この過程で、電極素材１１を通過した菌４０には電界Ｅ０により細胞膜表層に分極が生じる（図５（ａ））。具体的には、第一電極構造体１０（負極）に近い側には正電荷が生じ、反対に、第二電極部（正極）に近い側には負電荷が生じる。この分極の結果、菌４０の細胞膜には誘起電圧（Ｖｅ）が生じる。分極電荷が生じた菌４０は、クーロン力により電気力線４１に沿って、電界Ｅ１が生成している電界発生面２３ｂに向けて誘導されるとともに、そこに堆積する。
以上のように、殺菌装置１００は、不平等電界ＥＦを利用することにより、局所的に菌４０を誘導、堆積させることができるとともに、堆積した菌４０に対して強い電場を与えることができる。
【００３５】
［殺菌の条件］
続いて、電界発生面２３ｂに堆積された菌４０が電界Ｅ１により死滅（破壊による）する条件を説明する。
本実施形態は、細胞膜に絶縁破壊放電を生じさせて細胞膜に損傷を与え、細胞内の細胞質を流出させることで、菌４０を死滅させる（図５（ｂ））。菌４０には固有の絶縁破壊電圧Ｖｓ（≒１Ｖ）があり、前述した誘起電圧（Ｖｅ）が絶縁破壊電圧より大きくなると、細胞膜に絶縁破壊放電が生じる。
細胞膜の誘起電圧Ｖｅは、下記式（３）で表される。なお式（３）のパラメータは以下の通りである。
εe：細胞膜（タンパク質）の誘電率（２．５ε０）    ａ：細胞膜の膜厚（ｎｍ）
【００３６】
【数３】
2014018703.tif 000005
【００３７】
ここで、上記で例示した電界Ｅ１（Ｅ１＝２．８×１０５）で、細胞膜の膜厚（ａ）を１０ｎｍとした場合の細胞膜の誘起電圧（Ｖｅ）は、下記式（４）で求められる。
式（４）より誘起電圧（Ｖｅ）は１．１２Ｖとなり、菌４０の絶縁破壊電圧（Ｖｓ≒１Ｖ）より大きくなる。したがって、菌４０を死滅させることができる。細胞膜に生じさせる誘起電圧（Ｖｅ）は、式（３）の各種パラメータを適宜変更することにより、任意の値に調整できるが、５ｋＶ程度の印加電圧（ＶＤ）で殺菌を行なうことができる。
【００３８】
【数４】
2014018703.tif 000006
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の殺菌装置１００によると、簡易な構成でありながら、不平等電界ＥＦを利用することにより、印加電圧が低くても、菌を十分に死滅させることができる。
また、殺菌装置１００によると、強電界が生じる電界発生面２３ｂに菌を誘導、堆積させるので、菌をより確実に死滅させることができる。
また、殺菌装置１００によると、一対の電極１１ａと芯状電極２１からなる電界発生ユニットをマトリックス状に備えているために、第一電極構造体１０、第二電極構造体２０の平面方向の面積を大きくすることで、菌４０を含む多量の空気を無理なく殺菌処理することができる。
【００４０】
さらに殺菌装置１００によると、殺菌対象となる空気が流れる向きに沿って形成される通路Ｐの内部に不平等電界ＥＦが形成されるので、当該空気が漏れなく不平等電界ＥＦに誘導される結果として、効率の良い殺菌処理を行うことができる。加えて、通路Ｐの下流側に強い電界Ｅ１が生じる電界発生面２３ｂが設けられているため、菌を電界発生面２３ｂに効率よく誘導、堆積させることができる。しかも、このような構成が、マトリックス状に複数形成されているので、殺菌装置１００の平面方向に均一な殺菌が行われる。
【００４１】
本発明の好ましい形態として殺菌装置１００を説明したが、本発明は殺菌対象となる流体の流れる向きに沿って形成される通路Ｐの内部に不平等電界ＥＦが形成されることを最たる特徴としており、他の要素は取捨選択することができる。
また、殺菌装置１００として利用する場合には、殺菌処理される空気の流れが強制的に作られることで生じる空気流路に殺菌装置１００を置くことが好ましい。例えば、殺菌装置１００が送風手段を備えることで、空気流路に殺菌装置１００を置くことができるし、送風手段を備える他の機器、例えば空調装置に殺菌装置１００を組み込むことで、空気流路に殺菌装置１００を置くこともできる。
【００４２】
また、本実施形態では、不平等電界を空気中の菌を殺菌する装置に利用した例を示したが、本発明で提案する不平等電界装置は、これ以外の用途、例えば水、その他の流体に含まれる菌の殺菌、嫌気物質の除去に使用できる。
【００４３】
以上説明した以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１００  殺菌装置
１０    第一電極構造体
１１    電極素材
１１ａ  電極
１２，１３  絶縁体マスク
１２ａ，１３ａ  通気孔
１４ａ，１４ｂ  フィルタ
１５    枠
２０    第二電極構造体
２１    芯状電極
２２    保持ブロック
２２ａ  通気孔
２２ｂ  保持孔
２３    誘電体マスク
２３ａ  通気孔
２３ｂ  電界発生面
２４    電線
３０    電源
３１    配線
４０    菌
４１    電気力線
Ｐ      通路
ＥＦ    不平等電界
Ａ      電界発生領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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