(57)【要約】【課題】低電圧でイオンを発生させることができるとともに、低い製造コストで形成することが可能な電極被覆層を備えたイオン発生装置を提供することである。【解決手段】イオン発生装置１は、下部電極１２と、下部電極１２の上に形成された誘電体層１３と、誘電体層１３の上に形成された上部電極１４と、上部電極１４の表面を覆うように形成された保護膜１５とを備え、保護膜１５は、印刷法によって形成され、かつ、４μｍ以下の厚みを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
この第１の電極の上に形成された誘電体と、
この誘電体の上に形成された第２の電極と、
前記第１の電極または前記第２の電極のいずれかの電極の表面を覆うように形成された被覆層とを備え、
この被覆層は、印刷法によって形成され、かつ、４μｍ以下の厚みを有する、イオン発生装置。
【請求項２】
前記被覆層を形成するために用いられる印刷用スクリーンマスクは、金属をエッチングすることにより形成されたメッシュに乳剤を塗布することによって作製されたものである、請求項１に記載のイオン発生装置。
【請求項３】
前記被覆層を形成するために用いられる印刷用スクリーンマスクは、金属を電鋳することにより形成されたメッシュに乳剤を塗布することによって作製されたものである、請求項１に記載のイオン発生装置。
【請求項４】
発生する正イオンがＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｍ、負イオンがＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎである、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のイオン発生装置。
【請求項５】
正イオンと負イオンとが化学反応することによって過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、二酸化水素（ＨＯ２）およびヒドロキシラジカル（・ＯＨ）からなる群より選ばれた少なくとも１種を生成する、請求項４に記載のイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはイオン発生装置に関し、特定的には誘電体を挟む２つの電極の間に交互電圧を印加して放電させることにより、正負イオンを発生するイオン発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオンを発生させる方法しては、水に衝撃を与えることによってレナード効果によりイオンを発生させる方法と、電極に高電圧を印加することによって電気的にイオンを発生させる方法がある。
【０００３】
レナード効果によりイオンを発生させる方法は、負イオンを発生させることができるが、正イオンを発生させることができない、イオンの発生により空気が加湿される、装置が大型になるという欠点がある。
【０００４】
電極に高電圧を印加することによって電気的にイオンを発生させる方法としては、針状電極と対向電極との間に高電圧を印加することによってイオンを発生させることができる。この高電圧印加方式においては、空気に与える放電エネルギーを調節することによって、発生するイオン種の生成量を変化させることができるという利点がある。
【０００５】
また、誘電体層を挟んで形成した２つの電極の間に電圧を印加することによって放電させる沿面放電方式は、誘電体を使用しているため、空気中の電極間に電圧を印加する方法に比べて、一般的に低電圧でイオンを発生させることができるという利点がある。
【０００６】
しかし、沿面放電方式は、イオンの衝突によって発生する電極のスパッタリング現象により電極が消失するのを防止するために、イオンと衝突する部分の電極表面を保護膜で覆う必要がある。
【０００７】
たとえば、特開平１０−１８６８０３号公報（特許文献１）に記載されているように、外面側に位置する電極を覆うように高融点フィラーを含有するガラスペーストからなる保護層をスクリーン印刷法等の厚膜印刷方法によって形成することが提案されている。この保護層を形成することにより、放電により発生したイオンが保護層に衝突しても、保護層が損傷し難く、保護層に含有されているフィラーによって電極の耐久性は向上するが、空気中に印加される電界強度が小さくなる可能性がある。このため、発生するイオン量が減少するという問題、また、イオンを発生させるために最低限必要な印加電圧が高くなり、消費電力が増大するという問題、耐圧性能の高い部品を使用する必要があるためにイオン発生装置が大型化する、コストが高くなるという欠点がある。
【０００８】
このような問題を解消するために、イオン発生電極の耐久性が損なわれない範囲で、保護膜の厚みをできるだけ薄くする必要がある。しかし、厚膜印刷方法によれば、ガラス系の保護膜は５〜１５μｍの厚みで形成されるので、より薄い厚みの保護膜を得ることが困難である。
【０００９】
厚膜印刷方法において、印刷膜厚を薄くするためには、従来から用いられている印刷用スクリーンマスクのメッシュをできるだけ細かくする必要がある。しかし、メッシュを細かくすると、印刷ペーストがメッシュを通過し難くなり、印刷用スクリーンマスクが目詰まりを起こすという欠点がある。
【００１０】
そこで、イオン発生電極の外面を覆うように薄い保護膜を形成する方法として、たとえば、特開２００１-９３６４７号公報（特許文献２）では、ディップ法やＣＶＤ法を用いて、単層あたりの膜厚を１００ｎｍ以下にしてシリカまたはジルコニアと酸化タンタルとの多層膜からなる保護層を形成することが提案されている。しかし、１層あたりの膜厚が１００ｎｍ以下で、耐スパッタ性を考慮して最低限必要と推定される１μｍ程度の膜厚を得るためには、１０層以上積層して形成することが必要であるので、製造コストが高くなってしまうという欠点を有する。
【特許文献１】特開平１０‐１８６８０３号公報
【特許文献２】特開２００１‐９３６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、この発明の目的は、低電圧でイオンを発生させることができるとともに、低い製造コストで形成することが可能な電極被覆層を備えたイオン発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に従ったイオン発生装置は、第１の電極と、この第１の電極の上に形成された誘電体と、この誘電体の上に形成された第２の電極と、第１の電極または第２の電極のいずれかの電極の表面を覆うように形成された被覆層とを備え、この被覆層は、印刷法によって形成され、かつ、４μｍ以下の厚みを有する。
【００１３】
この発明に従ったイオン発生装置においては、４μｍ以下の厚みを有する薄い被覆層で電極の表面が覆われているので、被覆層の形成によるイオン発生量の減少を抑制することができ、低い電圧でイオンを発生させることができる。また、印刷法を用いて被覆層が形成されるので、低コストで被覆層を形成することができる。
【００１４】
この発明に従ったイオン発生装置においては、被覆層を形成するために用いられる印刷用スクリーンマスクは、金属をエッチングすることにより形成されたメッシュに乳剤を塗布することによって作製されたものであるのが好ましい。この場合、薄いメッシュを形成することができるので、印刷される膜の厚みを薄くすることができ、４μｍ以下の厚みを有する薄い被覆層を容易に形成することができる。
【００１５】
また、この発明に従ったイオン発生装置においては、被覆層を形成するために用いられる印刷用スクリーンマスクは、金属を電鋳することにより形成されたメッシュに乳剤を塗布することによって作製されたものであるのが好ましい。この場合も、薄いメッシュを形成することができるので、印刷される膜の厚みを薄くすることができ、４μｍ以下の厚みを有する薄い被覆層を容易に形成することができる。
【００１６】
さらに、この発明に従ったイオン発生装置は、発生する正イオンがＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｍ、負イオンがＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎであるのが好ましい。この場合、これらのイオンを空気中に発生させることにより、細菌やウイルスの不活性化、アレルゲンの失活を行うことができるので、本発明のイオン発生装置を空気清浄機、空気調節機、冷蔵庫、加湿器、除湿機等に適用することができる。
【００１７】
上記のイオン発生装置は、正イオンと負イオンとが化学反応することによって過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、二酸化水素（ＨＯ２）およびヒドロキシラジカル（・ＯＨ）からなる群より選ばれた少なくとも１種を生成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるイオン発生装置は、低電圧でイオンを発生させることができ、低消費電力であるので、駆動回路を小型化することができる。また、本発明のイオン発生装置においては、印刷法によって被覆層が形成されるので、ＣＶＤ法やディップ法に比べて量産性に優れており、低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の一つの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、この発明の一つの実施の形態として沿面放電方式のイオン発生装置の構成を模式的に示す図である。
【００２１】
図１に示すように、イオン発生装置１では、絶縁性の基板１１の上に第１の電極としての下部電極１２が形成されている。誘電体として、下部電極１２の表面を覆うようにガラス等の酸化物からなる誘電体層１３が形成されている。誘電体層１３の上には、第２の電極として複数の開口部を有する上部電極１４が形成されている。上部電極１４に対向する下部電極１２の平面領域は、上部電極１４の開口部と外周縁部を包囲する。誘電体層１３を挟む下部電極１２と上部電極１４の間に交互電圧を印加することができるように高周波電源である駆動電源１６が接続されている。
【００２２】
誘電体層１３と上部電極１４の外表面を覆うように被覆層としてガラス等の酸化物からなる保護膜１５が印刷法によって形成されている。保護膜１５の厚みは４μｍ以下である。
【００２３】
下部電極１２と上部電極１４の間に交互電圧を印加して放電させることにより、イオン発生電極としての上部電極１４から正負イオンを発生させることができる。
【００２４】
以上のようにイオン発生装置１が構成されているので、イオン発生電極としての上部電極１４の表面を覆う保護膜１５の厚みが薄いため、保護膜１５の形成によるイオン発生量の減少が非常に少なく、低電圧かつ低消費電力でイオンを発生させることができる。その結果、イオン発生装置１の駆動回路を小さくすることができる。
【００２５】
また、保護膜１５が印刷法により形成されているため、ＣＶＤ法や有機金属化合物の塗布・焼成方法に比べて低コストで保護膜を形成することができる。
【００２６】
図２は、この発明の一つの実施の形態としてイオン発生装置１における保護膜１５を形成するために厚膜印刷方法で用いられる印刷用スクリーンマスクを示す模式的な断面図である。
【００２７】
図２に示すように、印刷用スクリーンマスク１００は、金属をエッチングすることにより形成された微細な開口部１０２を有するメッシュ１０１を用い、メッシュ１０１の一方表面全面上に乳剤１０３を塗布した後、乳剤１０３の一部をエッチングで除去して所定の開口部１０４を形成することによって作製される。印刷ペーストは開口部１０４のみから吐出される。
【００２８】
図３は、従来の厚膜印刷方法で用いられる印刷用スクリーンマスクを示す模式的な断面図である。
【００２９】
図３に示すように、従来、一般的に、印刷用スクリーンマスク２００としては、ステンレス鋼またはポリエステルのワイヤ２０１を編むことによってメッシュを形成した後、乳剤２０３をメッシュの一方表面全面上に塗布し、さらに乳剤２０３の一部をエッチングで除去して所定の開口部２０４を形成することによって作製される。印刷ペーストは開口部２０４のみから吐出される。
【００３０】
上記のように作製された印刷用スクリーンマスク１００または２００を用いて厚膜印刷は次のようにして行われる。軟質ゴムからなるスキージによって、印刷ペーストがメッシュの開口部を通じて押し出されて充填されるとともに、印刷対象物としての基板に印刷用スクリーンマスク１００または２００が押し付けられる。その後、印刷用スクリーンマスク１００または２００が基板から離れる際に、基板にペーストが転写されることによって印刷される。
【００３１】
印刷圧力、ペーストの粘度、マスク上の乳剤の厚み等によって、印刷膜厚を微調整することは可能である。しかし、印刷膜厚を大きく左右する要因は、メッシュに充填される印刷ペーストの充填量である。
【００３２】
従来のメッシュはワイヤ２０１を編むことによって形成されているので、メッシュの厚みＴ２がワイヤ２０１の太さの２倍程度である。このため、印刷ペーストの充填量が多くなる。
【００３３】
印刷膜厚を薄くするためには、よりワイヤ密度の高いメッシュを使用する必要がある。しかし、ワイヤ密度を増大させると、印刷ペースト中の微粒子成分がメッシュの開口部を通過することができなくなるため、印刷用マスクが目詰まりを起こすという問題がある。
【００３４】
そこで、発明者が鋭意検討した結果、図２に示すように、印刷用スクリーンマスクに使用するメッシュとして、薄板をエッチングすることによって微細な開口部１０２を形成したメッシュ１０１を使用することによって、メッシュ部分の厚みＴ１が薄くなり、その結果、イオン発生電極保護用に適した、厚みが４μｍ以下の保護膜を形成することができることを見出した。
【００３５】
図２に示すように、薄板をエッチングすることにより微細な開口部１０２を形成することによって、図３に示すようなワイヤ２０１を編みこんだ場合の約２分の１の厚みのメッシュ１０１を形成することができる。このため、メッシュ１０１に充填される印刷ペーストの量が減少し、印刷によって薄い厚みの保護層を形成することができる。
【００３６】
また、薄い保護膜を形成するための印刷用スクリーンマスクとして、図２に示すように、金属を電鋳法により析出形成した微細な開口部１０２を有するメッシュ１０１を用いて、メッシュ１０１に乳剤１０３を塗布することにより作製した印刷用スクリーンマスク１００を使用してもよい。このスクリーンマスクを用いて印刷することにより、印刷膜厚が薄くなり、イオン発生電極保護用に適した、厚みが４μｍ以下の薄い保護膜を形成することができる。
【００３７】
この発明の一つの実施の形態としてのイオン発生装置において、発生する正イオンがＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｍ、負イオンがＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎであるのが好ましい。これらのイオンを空気中に発生させることにより、細菌やウイルスの不活化、アレルゲンの失活を行うことができる。また、これらのイオンは、森林等の自然界に存在するイオンと同種であり、人体に対して無害である。なお、これらのイオンは、空気に印加されるエネルギーを調整することによって発生させることが可能である。
【００３８】
また、上記のイオン発生装置において、正イオンと負イオンとが化学反応することによって、高い分解能力を持つ過酸化水素Ｈ２Ｏ２、二酸化水素ＨＯ２、またはヒドロキシラジカル・ＯＨの少なくとも１種を生成するものが好ましい。これらは、下記の反応により得られる。
【００３９】
Ｈ３Ｏ＋ ＋ Ｏ２− → ・ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ２
Ｈ３Ｏ＋ ＋ Ｏ２− →ＨＯ２＋ Ｈ２Ｏ
【実施例】
【００４０】
以下、本発明のイオン発生装置を作製した実施例を図に基づいて詳細に説明する。
【００４１】
（実施例）
図１に示すように、アルミナを９６質量％含み、厚みが０．８ｍｍの基板１１の上に、下部電極１２として銀パラジウム（ＡｇＰｄ）（田中貴金属工業株式会社製ＴＲ４８４６）を印刷し、焼成することにより形成した。
【００４２】
その後、誘電体層１３として結晶化ガラス（田中貴金属工業株式会社製ＬＳ６５３）を印刷し、焼成することにより、下部電極１２を被覆するように形成した。なお、誘電体層１３の厚みは、印刷工程と焼成工程を３回繰り返すことにより、厚みが５０〜６０μｍになるように調整した。
【００４３】
次に、所定の開口部を有する上部電極１４として銀パラジウム（ＡｇＰｄ）（田中貴金属工業株式会社製ＴＲ４８４６）を印刷し、焼成することにより形成した。
【００４４】
さらに、誘電体層１３と上部電極１４とを覆うように保護膜１５を形成した。保護膜１５は次のようにして形成された。
【００４５】
保護膜１５の材料として、シリカ、アルミナ等を含む非晶質ガラス（田中貴金属工業株式会社製ＬＳ２２３Ｎ）を用いた。また、保護膜１５を印刷法によって形成するために用いられる印刷用スクリーンマスクとして、図２に示すように、金属ニッケルを電鋳法により析出形成することにより形成したメッシュ１０１を用いたスクリーンマスク１００を使用した。メッシュの仕様は、線径が２１μｍ、スクリーン厚みＴ１が２１μｍ、開孔径が４７μｍ、オープニングエリアが４６％であった。このメッシュ１０１に乳剤１０３を塗布した後、所定のパターンに従って乳剤１０３をエッチングで除去した。これにより形成された開口部１０４からのみ印刷ペーストが吐出される。
【００４６】
このようにして作製された印刷用スクリーンマスク１００を用いて、保護膜１５の材料を印刷し、焼成することにより、厚みが２μｍと４μｍの保護膜１５を得た。
【００４７】
（比較例）
実施例と同様の方法と材料を用いて、下部電極１２、誘電体層１３、上部電極１４を形成した。保護膜１５は、図３に示すように、一般的な厚膜印刷用のスクリーンマスクを用いた。メッシュの仕様は、ワイヤ２０１の線径が３０μｍ、１インチ当たりのワイヤ２０１の数が３２５本、スクリーン厚みＴ２が５８μｍであった。このメッシュに、実施例と同様の方法で乳剤２０３を塗布し、エッチングすることによって、印刷用スクリーンマスクを作製した。
【００４８】
このマスクを用いて、実施例１と同様に保護膜１５の材料を印刷し、焼成することにより形成し、厚みが８〜９μｍの保護膜１５を得た。
【００４９】
以上のようにして作製された実施例と比較例のイオン発生装置１において下部電極１２と上部電極１４との間に交互電圧を印加することができるように高周波電源である駆動電源１６を接続した。下部電極１２と上部電極１４との間に２０ｋＨｚの高周波電圧を印加し、印加電圧とイオン発生量との相関を調べた。
【００５０】
正イオンについての印加電圧とイオン発生量との相関に関する測定結果を図４に示す。
【００５１】
図４に示すように、保護膜の厚みを８〜９μｍとしたイオン発生装置においては、印加電圧が１．５ｋＶより大きくなるとイオンが発生するのに対し、保護膜の厚みを４μｍ、２μｍとしたイオン発生装置においては、１．０ｋＶより大きくなるとイオンが発生することがわかる。印加電圧が１．２５ｋＶにおけるイオン発生量を比較すると、保護膜の厚みが４μｍ以下のイオン発生装置では、１．０×１０６／ｃｃ以上のイオンが発生しているのに対し、保護膜の厚みが８〜９μｍのイオン発生装置では、イオンの発生が観測されなかった。
【００５２】
なお、負イオンについても同様の測定結果が得られた。
【００５３】
したがって、保護膜の厚みが４μｍ以下のイオン発生装置は、低電圧でより多くのイオンを発生させることができ、低消費電力であるとともに、駆動回路用部品もより小型のものを使用することができる。
【００５４】
以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のイオン発生装置は、たとえば、空気清浄機、空気調節機、冷蔵庫、加湿器、除湿機等において、イオンにより、細菌やウイルスの不活化処理を行うこと、またはイオンにより快適性を増加させることを目的として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の一つの実施の形態として沿面放電方式のイオン発生装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】この発明の一つの実施の形態としてイオン発生装置における保護膜を形成するために厚膜印刷方法で用いられる印刷用スクリーンマスクを示す模式的な断面図である。
【図３】従来の厚膜印刷方法で用いられる印刷用スクリーンマスクを示す模式的な断面図である。
【図４】イオン発生装置における印加電圧とイオン発生量との相関に関する測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１：イオン発生装置、１１：基板、１２：下部電極、１３：誘電体層、１４：上部電極、１５：保護膜、１００：印刷用スクリーンマスク、１０１：メッシュ、１０２，１０４：開口部、１０３：乳剤。
【図１】
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【図２】
2006278181.tif 000004
【図３】
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【図４】
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