(57)【要約】【課題】  電極表面に結露等によって水分が付着しても、付着した水分が広がって蒸発しやすくすることで、イオンやオゾンの生成量が減少あるいは生成が停止するという現象を抑えることができるイオン又はオゾン発生素子を提供する。【解決手段】  イオン又はオゾン発生素子は、絶縁体であるアルミナ基板３の裏表にタングステン系材料２、４を印刷・焼成によりイオン発生電極を形成し、その表面を多孔質シリカ膜５でコーティングして製造される。多孔質シリカ膜５は、コロイダルシリカ分散液をイオン発生電極に塗布後、１８０℃で焼成することで形成した。本コーティング膜表面における水の接触角は７°と小さくなっており、結露水が表面に付着した場合においても、結露水が薄く膜状に広がり、気化しやすくなっている。その結果、電極表面への結露に起因してイオン又はオゾン発生が減少や停止する現象の発生を抑えることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沿面放電方式のイオン又はオゾン発生素子において、前記沿面放電を行なう放電電極の表面を親水性膜で覆ったことを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン又はオゾン発生素子において、前記放電電極は絶縁体の一方の表面に形成された第１の特定パターン形状を有し、更に前記絶縁体の他方の表面にも第２の特定パターン形状を有した電極を形成し、前記電極間に前記絶縁体を挟み込んでいることを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のイオン又はオゾン発生素子において、前記親水性膜はシリカ系膜であることを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のイオン又はオゾン発生素子において、前記親水性膜は光触媒膜であることを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン又はオゾン発生素子において、前記親水性膜は光触媒物質とシリカ系物質との混合物から形成された膜であることを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン又はオゾン発生素子において、前記親水性膜はシリカ系膜と光触媒膜とが積層された多層膜であることを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載のイオン又はオゾン発生素子において、前記光触媒膜は酸化チタンであることを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のイオン又はオゾン発生素子において、発生する正イオンがＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｍであり、負イオンがＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎであることを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【請求項９】
請求項１〜８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過酸化水素Ｈ２Ｏ２ 、二酸化水素ＨＯ２ 又はヒドロキシラジカル・ＯＨの少なくとも１種を生成することを特徴とするイオン又はオゾン発生素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄機、空気調節機、冷蔵庫、加湿器、除湿機等において、イオン又はオゾンにより、細菌やウイルスの不活化処理を行ったり、あるいはイオンにより快適性を増加させることを目的として使用されるイオン又はオゾン発生素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンを発生させる方法としては、従来、水に衝撃を与えることで、レナード効果による方式と、電極に高電圧を印加することで電気的に発生させる方式とがある。レナード効果によりイオンを発生させる方法は、マイナスイオンのみを発生させることが可能であり、プラスイオンが発生できない、空気を加湿する、あるいは装置が大型になるという問題がある。
【０００３】
また、オゾンの発生方法としては、紫外光により空気中の酸素を励起しオゾンを発生させる方法と、電極に高電圧を印加する方法とがある。紫外光によりオゾンを発生させる方法は、装置の小型化が困難であり、紫外光ランプの寿命が短いためにランプの頻繁な交換が必要であるという問題がある。
【０００４】
電極に高電圧を印加することによりイオンやオゾンを発生させる方法は、イオンを発生させる場合もオゾンを発生させる場合も、基本的に同様の電極構造で実現することが可能であり、針状電極と対向電極間に高電圧を印加することで、イオンやオゾンを発生させることができる。また、誘電体の例えば裏面と表面間に電圧を印加する沿面放電方式は、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式に比べて、一般的に低電圧でイオンやオゾンを発生させることができるという利点がある。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で、発生するイオン種やオゾンの生成量を変化させることができるという利点もある。
【０００５】
しかしながら、高電圧印加方式は、電極表面に結露や汚れが発生することで、イオンやオゾンの生成量が減少あるいは生成が停止するという現象が生じることがある。汚れを防止するために、例えば、除電用イオン発生電極表面を光触媒膜で覆う方式が考案されている（特許文献１）。しかし、エアコンや空気清浄機、冷蔵庫内、除湿機においてイオンやオゾンを発生させて使用する場合、温度変化によって電極表面に結露が発生することがある。特にエアコンの吹出し口においては、冷房時の温度の低下によってイオン発生電極表面に結露が発生しやすい。特に、沿面放電方式においては、結露発生の影響によりイオンやオゾンの発生が停止しやすい。沿面放電方式における結露対策として、ヒーターによる加熱が考案されている（特許文献２）が、消費電力が大きくなるというランニングコスト面での問題がある。
【特許文献１】特開２００１−８３８０９号公報（段落［００５９］〜［００６１］，［００７３］、図５，図６）
【特許文献２】特開平１−１６４７０２号公報（第２頁下左欄第１３行〜下右欄第５行、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、アルミナや金属の表面は、水の接触角が５０°以上あり、結露水は広がらないため気化しにくい。そこで、イオン又はオゾン発生素子において、電極表面の水の接触角を小さくなるようにして、たとえ電極表面に水分が付着しても蒸発しやすく、電極の性能維持を図る点で解決すべき課題がある。
【０００７】
この発明の目的は、電極表面に結露等によって水分が付着しても、付着した水分が広がって蒸発しやすくすることで、イオンやオゾンの生成量が減少あるいは生成が停止するという現象を抑えることができるイオン又はオゾン発生素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による沿面放電方式のイオン又はオゾン発生素子は、沿面放電を行なう放電電極の表面を親水性膜で覆ったことを特徴としている。
【０００９】
本発明によるイオン又はオゾン発生素子では、放電電極の表面を親水性膜で覆っているため、たとえ放電電極の表面に結露が生じても、結露した水が付着し蓄積する前に親水性効果によって広がり薄い膜となる。膜状に広がった水は送風により気化しやすく、イオン又はオゾン発生の結露に起因した減少や停止が生じにくくなっている。また、放電電極表面が結露水で覆われた場合においても、結露水の気化速度が速いため、イオン又はオゾン発生の停止時間が最小限に抑えられる。更に、結露防止対策として、電極にヒーターを設け加熱する場合においても、加熱時間、温度を低減することができ、消費電力を抑制することができる。
【００１０】
上記イオン又はオゾン発生素子において、放電電極は絶縁体の一方の表面に形成された第１の特定パターン形状を有し、更に絶縁体の他方の表面にも第２の特定パターン形状を有した電極を形成し、電極間に絶縁体を挟み込んで構成することができる。両電極間に電源から所定の電圧を印加することにより、電極の表面近傍の空気中において沿面放電を発生させてイオンを発生させることができる。
【００１１】
上記イオン又はオゾン発生素子において、親水性膜はシリカ系膜であるとすることができる。シリカ系膜は、例えば、コロイダルシリカにより有機物成分をほとんど含まない、比較的多孔質膜な膜として容易に形成することができる。この多孔質膜な膜は、水の接触角を８°以下にすることができ、大きな親水性を得ることができる。
【００１２】
上記イオン又はオゾン発生素子において、親水性膜として光触媒膜又は光触媒を含有する膜を用いることができる。光触媒膜を使用することで、より大きな親水性が得られ、同時に防汚効果も得られるため、イオン又はオゾン発生電極の放電停止の防止についてより大きな効果が得られる。光触媒の超親水性効果により、水の接触角を３°以下に低減することが可能で、例えばシリカ系の親水膜を使用した場合よりも結露水が気化しやすくなっている。親水性効果を得るためには、光照射が必要であるが、照射し続ける必要はなく、定期的に一定時間の光を照射することで親水性効果が得られる。また、室内の自然光レベルの光照射で親水性を得ることができるため、特別な光源を付加することなく親水性を得ることができる。また、光触媒は高い酸化力を有するため、イオン又はオゾン発生素子表面に付着した汚れを分解する効果が得られ、イオン又はオゾン発生素子の表面に異物が付着することに起因する放電停止が発生しにくくすることができる。
【００１３】
上記イオン又はオゾン発生素子において、親水性膜は光触媒とシリカ系膜の混合膜とすることができる。シリカ系バインダー中に光触媒粉を分散させることで、容易に光触媒膜を得ることができる。シリカ系バインダーが持つ親水性効果に加え光触媒の超親水性効果が付加されるため、長期間光触媒に光を照射しなかった場合に発生する大幅な親水性低下減少が起きないという利点がある。
【００１４】
上記イオン又はオゾン発生素子において、親水性膜はシリカ系膜と光触媒膜の多層膜とすることができる。シリカ膜の上に光触媒膜を形成することで光触媒膜が多孔質膜になり、光を長期間照射しなかった場合でも親水性の低下を起こりにくくすることができる。また、金属電極上部に直接、光触媒膜を形成した場合、光触媒内で光照射によって発生した電子・正孔が金属電極に移動し、触媒活性が損なわれるが、シリカ膜を電極上部に形成した後、光触媒膜を形成することで、電子・正孔が金属電極に移動せず、触媒活性が損なわれないという利点がある。
【００１５】
上記イオン又はオゾン発生素子において、光触媒膜は酸化チタンとすることができる。光触媒として酸化チタンを使用することで、安価で、親水性があり、有機物分解活性の高い膜を得ることができる。また、酸化チタンは光触媒として化学的に安定であり、親水性や活性の劣化が起こらないという利点がある。
【００１６】
上記イオン又はオゾン発生素子において、発生する正イオンがＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｍであり、負イオンがＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎであるとすることができる。これらのイオンを空気中に発生させることで、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。これらのイオンを発生させるためには、空気に印加されるエネルギーを調整することで可能である。
【００１７】
上記イオン又はオゾン発生素子において、正イオンと負イオンとは、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又はヒドロキシラジカル・ＯＨの少なくとも１種を生成するものとすることができ、下記の反応式により得ることができる。
Ｈ３Ｏ＋＋Ｏ２−→・ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２
Ｈ３Ｏ＋＋Ｏ２−→ＨＯ２ ＋Ｈ２Ｏ
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるイオン又はオゾン発生素子は、放電電極部表面が親水性膜で覆われているため、結露した水が親水性効果によって広がり薄い膜となるため、送風により気化しやすく、イオン又はオゾン発生について結露に起因した減少や停止を発生しにくくすることができる。また、放電電極表面が結露水で覆われた場合においても、結露水の気化速度が速いため、イオン又はオゾン発生の停止時間が最小限に抑えることができる。更に、結露防止対策として、放電電極にヒーターを設けて加熱する場合においても、加熱時間、温度を低減することができ、消費電力を抑制することができる。
【００１９】
このイオン又はオゾン発生素子は、また、親水性膜としてシリカ系膜を使用することで、容易に親水性膜を得ることができ、更に、光触媒膜を親水性膜として形成することで、水の接触角を更に小さくすることができる。また、光触媒とシリカの混合膜を形成することで、高い親水性を長時間維持することができ、更に、シリカ膜の上に光触媒膜を形成することで、更に低い親水性を長時間維持することができる。
【００２０】
このイオン又はオゾン発生素子において、光触媒による親水性膜は高い酸化力を有するため、有機物がイオン発生部表面に付着しても分解され、親水性が損なわれることなく維持される。また、有機物が放電電極表面を覆うことによるイオン発生量の減少や、イオン発生の停止が起こらない構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明によるイオン又はオゾン発生素子の実施の形態を、図に従って詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明によるイオン発生素子を示す図で、アルミナ基板３の裏表にタングステン系材料２、４を印刷・焼成により形成したイオン発生電極の表面を多孔質シリカ膜５でコーティングしたものである。絶縁体であるアルミナ基板３の一方の表面にタングステン系材料２から成る一方の電極が形成され、アルミナ基板３の他方の表面にタングステン系材料４から成る他方の電極が形成されている。一方の電極２は第１の特定パターン形状としての矩形状パターンで形成された矩形状裏面電極であるが、第１の特定パターン形状の平面形状は矩形状に限定されるものではなく、電界の集中が生じやすい形状であればよく、他方の電極４の形状に対応させて種々の形状とすることができる。他方の電極４は誘電体基板２の表側に第２の特定パターン形状としての格子状パターンで形成された格子状表面電極である。第２の特定パターン形状の平面形状は格子状に限定されるものではなく、印加電圧が低い値でも沿面放電を効率よく発生させるには、電界の集中が生じやすい形状であればよく、例えば線状、櫛形状、ランダムパターン等種々の形状とすることができる。両電極２，４間に電源１から所定の電圧を印加することにより、電極４の表面近傍の空気中において沿面放電を発生させてイオンを発生させることができる。
【００２３】
プラズマとは自由に運動をする正負の荷電粒子が共存して電気的に中性になっている物質の状態をいい、プラズマ領域においては、イオン発生電極から供給される正または負の電荷を持つ粒子が激しく気体分子と衝突をしている。一般に、大気放電により様々な種類の分子が生成され、特に水分子を主体としたイオンや、オゾンが多く生成される。イオンについては、空気中に浮遊する水分子が放電により電荷を持ち、正または負の極性を有するイオンのクラスター（葡萄の房のように多数の粒が集まり、塊を形成しているもの）となる。このイオンクラスターは質量分析したところ、正イオンはＨ＋（Ｈ２Ｏ）ｍ（ｍは任意の自然数）が主体であり、負イオンはＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎ（ｎは任意の自然数）が主体であることが判明した。また、オゾンについては、空気中の酸素（Ｏ２ ）が分解および結合してオゾン（Ｏ３）が生成されやすいことが知られており、一般的には、例えば０．００１ｐｐｍ程度の濃度となる。
【００２４】
多孔質シリカ膜５は、コロイダルシリカ分散液（日産化学スノーテックスＯ）をイオン発生電極に塗布後、１８０℃で焼成することで形成した。本コーティング膜表面に水を滴下し水の接触角を測定した結果、水の接触角は７°と小さくなっており、結露水が表面に付着した場合においても、結露水が薄く膜状に広がり、気化しやすくなっている。
【００２５】
一方、イオン発生電極表面を、例えば、アルミナ材料を印刷・焼成により形成した場合、水の接触角は５０°以上あり、結露水が付着した場合、水が薄く広がらず、結露水の乾燥時間が長くなる。アルミナ基板上に多孔質シリカを形成した基板とアルミナ保護膜を形成した基板を作製し、それぞれ５μリッターの水を滴下し、ファンにより一定量の送風を行い、乾燥時間を比較した結果を表１に示す。
【表１】
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表１より、保護膜として多孔質シリカ膜５を使用した基板の場合は、滴下した水は親水性効果により広がるため、表面の一定量の水の乾燥に要する時間が短くなっており、結露水の付着によりイオン発生が阻害される時間が短くなっている。
【実施例２】
【００２６】
実施例１と同様、アルミナ基板の裏表にタングステン系材料を印刷・焼成により形成したイオン発生電極に、親水性膜として酸化チタン光触媒膜を使用したもので、チタントリエタノールアミネート（松本製薬製オルガチックスＴＣ−４００）を塗布後、６００℃で焼成することで形成することにより、光触媒膜を形成した。ブラックライトを２時間照射後、水の接触角を測定した結果、水の接触角が０．５°と１°以下の超親水性が得られていることが分かった。実施例１と同様、アルミナ基板上に酸化チタン膜を形成後、水を５μリッター滴下し、実施例１と同一風量にて送風を行い、乾燥が完了する迄の時間を測定した。その結果を表２に示す。酸化チタンは、ｎ型半導体の光触媒物質であり、現在のところ、最も化学的に安定し且つ触媒の効率がよい物質であると言われている。
【表２】
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本結果より、光触媒による親水性膜は、水の接触角が小さく、水が薄く広がるため、送風により乾燥が完了する迄の時間をシリカ系の親水性膜よりも短くすることができることが分かった。
【実施例３】
【００２７】
コロイダルシリカ（日産化学スノーテックスＯ）に酸化チタン粉末（石原産業ＳＴ−０１）を固形分比で40％混合し、アルミナ基板上に塗布し、１８０℃で焼成することで膜を形成した。この場合、親水性膜は、光触媒物質とシリカ系物質とから形成される混合膜となる。
【実施例４】
【００２８】
コロイダルシリカ（日産化学スノーテックスＯ）をアルミナ基板上に塗布し、１８０℃で焼成することでシリカ膜を形成した。その後、チタントリエタノールアミネート（松本製薬製オルガチックスＴＣ−４００）を塗布した後、６００℃で焼成することで酸化チタン膜を形成した。この場合、親水性膜は、シリカ膜と光触媒膜とが積層された多層膜となる。
【００２９】
実施例２〜４で作製した光触媒形成基板に、それぞれブラックライトを２時間照射後、水の接触角の経時変化を測定した。その結果を表３に示す。
【表３】
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表３より、シリカ中に酸化チタン光触媒粉を分散させた混合膜を用いた実施例３においては、ブラックライト照射後の水の接触角は、純酸化チタン膜である実施例２のサンプルに比べ大きくなっているが、時間経過後の接触角の上昇が小さくなっている。このため、長期間光照射が行われない環境での使用に、より適した形態となっている。また、多孔質シリカ膜の上に光触媒膜を形成した実施例４においては、光照射後の高い親水性がより長期間にわたって維持することができることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるイオン発生素子の摸式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      電源
２、４  電極（タングステン材料）
３      絶縁体（アルミナ基板）
５      親水性膜（多孔質シリカ膜）
【図１】
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