(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、イオン発生量の減少を抑制することができ、耐スパッタ性能と耐久性を向上させ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１３と、下部電極１３の上に形成された誘電体層１５と、誘電体層１５の上に形成された上部電極１２と、上部電極１２の表面を覆うように形成された保護膜１４とを備え、保護膜１４は、酸化チタンを含み、かつ、２μｍ以下の厚みを有する。【選択図】        図１
2006310063.tif 000002
【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、酸化チタンを含み、かつ、２μｍ以下の厚みを有する、イオン発生装置。
【請求項２】
前記被覆層は、有機チタン化合物を塗布し焼成することによって形成されている、請求項１に記載のイオン発生装置。
【請求項３】
前記第１の電極または前記第２の電極の少なくともいずれかの電極と外部回路とを接続するための半田付け端子部分は、イオン発生部の側と反対側の表面に形成されている、請求項１または請求項２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】
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、この方法によっても、イオン発生量等のイオン発生装置としての性能を確保するとともに、薄い膜でイオン衝撃に対する耐スパッタ性能を向上させるには限度があり、さらに耐スパッタ性能を向上させる必要があるという課題があった。
【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】
【００１０】
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、イオン発生量の減少を抑制することができ、耐スパッタ性能と耐久性を向上させ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】
【００１１】
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、酸化チタンを含み、かつ、２μｍ以下の厚みを有する。
【００１２】
この発明に従ったイオン発生装置においては、２μｍ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、被覆層は酸化チタンを含むので、たとえば、シリカを用いて被覆層を形成した場合に比べてイオン衝撃に対する耐スパッタ性能と耐久性を向上させることができ、長期間の使用によっても電極がスパッタリングされないという利点を有する。
【００１３】
この発明に従ったイオン発生装置においては、被覆層は、有機チタン化合物を塗布し焼成することによって形成されているのが好ましい。この場合、被覆層の形成時に減圧チャンバー内に対象物を設置する必要がないため、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法によって被覆層を形成する場合に比べて、低コストで高効率で被覆層を形成することができる。
【００１４】
また、この発明に従ったイオン発生装置においては、第１の電極または第２の電極の少なくともいずれかの電極と外部回路とを接続するための半田付け端子部分は、イオン発生部の側と反対側の表面に形成されているのが好ましい。
【００１５】
この場合、ディップ法またはスピンコートによって酸化チタンを含む被覆層を形成する際の生産効率を向上させることができる。従来、ディップ法またはスピンコートによって被覆層を形成する場合、半田付けで外部回路と接続する部分は、コーティングされないように、ディップまたはスピンコートを施す前に粘着テープ等で覆い、マスキングする必要がある。イオン発生部とマスキングの箇所とが同一面である場合、マスキングする部分にのみ正確に粘着テープを貼り付ける必要があるため、小さな面積の粘着テープを所定の位置に正確に貼り付ける必要があり、作業性が悪いという問題があった。これに対して、この発明に従ったイオン発生装置においては、、イオン発生部と半田付け端子部分とが別の面に形成されているため、たとえば、粘着テープでマスキングを行う場合、大きな粘着テープを基板の全面に貼り付けることができ、作業性がよくなるという利点がある。
【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。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によって可能である。
【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、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、被覆層が酸化チタンを含むので、シリカを用いて被覆層を形成する場合に比べて長期間の使用に耐える耐久性に優れ、長期間にわたって信頼性を維持することができる。
【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の表面上に第１の電極としての下部電極１３が形成されている。誘電体として、下部電極１３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１５が形成されている。誘電体層１５の上には、第２の電極として上部電極１２が形成されている。上部電極１２の一部領域が誘電体層１５を介して下部電極１３の平面領域に対向するように形成されている。誘電体層１５を挟む下部電極１３と上部電極１２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が半田付け端子部分１８に接続されている。
【００２２】
誘電体層１５と上部電極１２の外表面を覆う被覆層としての保護膜１４は酸化チタンを含む。保護膜１４の厚みは２μｍ以下である。保護膜１４は、有機チタン化合物を塗布し焼成することによって形成されている。
【００２３】
上部電極１２および下部電極１３と外部回路としての駆動電源１６とを接続するための半田付け端子部分１８は、イオン発生部の側と反対側の表面としての基板１１の裏面上に形成されている。半田付け端子部分１８は、スルーホール部１７を介して上部電極１２および下部電極１３のそれぞれに接続されている。
【００２４】
下部電極１３と上部電極１２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１２から正負イオンを発生させることができる。
【００２５】
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１２の表面を覆う保護膜１４の厚みが薄いため、保護膜１４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。
【００２６】
また、保護膜１４が酸化チタンを含んでいるため、シリカを用いて保護膜を形成する場合に比べて耐久性に優れ、長期間にわたって信頼性を維持することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
Ｈ３Ｏ＋ ＋ Ｏ２− → ・ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ２
Ｈ３Ｏ＋ ＋ Ｏ２− →ＨＯ２＋ Ｈ２Ｏ
【実施例】
【００３０】
以下、本発明のイオン発生装置を作製した実施例を比較例とともに図１に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（実施例）
図１に示すように、アルミナを９６質量％、厚みが０．６３５ｍｍの基板１１の上下面に、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）（田中貴金属工業株式会社製ＴＲ４８４６）を印刷し、焼成することによって下部電極１３および半田付け端子部分１８を形成した。なお、下部電極１３を印刷によって形成する際には、基板１１に形成された貫通穴に裏面から吸引を行うことにより電極材料を塗布することによって、表面と裏面を導通させるためのスルーホール部１７を形成した。
【００３２】
その後、結晶化ガラス（田中貴金属工業ＬＳ６５３）を印刷し、焼成することにより、下部電極１３を被覆するように誘電体層１５を形成した。なお、誘電体層１５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。
【００３３】
次に、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上部電極１２を形成した。なお、上部電極１２を印刷によって形成する際には、基板１１に形成された貫通穴に裏面から吸引を行うことにより電極材料を塗布することによって、表面と裏面を導通させるためのスルーホール部１７を形成した。
【００３４】
さらに、上部電極１２と誘電体層１５とを覆うように保護膜１４を以下で説明する工程で形成した。
【００３５】
基板１１の裏面に形成した半田付け端子部１８を覆うように、マスキング用粘着テープを貼り付けた後、オーバーコート材料として、有機チタン化合物（松本製薬株式会社製ＴＣ−２００を１−ブタノールで１０倍希釈したもの）をディッピングにより塗布した。マスキング用粘着テープを剥がした後、有機チタン化合物を塗布した基板１１を温度７００℃で１時間焼成した。マスキング用粘着テープの貼り付け、ディッピングによる塗布、マスキング用粘着テープの剥離、焼成を１０回繰り返すことにより、厚みが１〜２μｍの酸化チタンからなる保護膜１４を形成した。
【００３６】
（比較例１）
実施例と同じ方法、材料を用いて、下部電極１３、半田付け端子部１８およびスルーホール部１７、誘電体層１５、上部電極１２を形成した。ただし、保護膜の形成は行わなかった。
【００３７】
（比較例２）
実施例と同じ方法、材料を用いて、下部電極１３、半田付け端子部１８およびスルーホール部１７、誘電体層１５、上部電極１２を形成した。保護膜１４は、実施例１と同じ方法で形成した。ただし、材料として有機シリコン化合物（松本製薬株式会社製ＳＩ−３１０を酢酸ブチルで１０倍希釈したもの）を使用し、マスキング用粘着テープの貼り付け、ディッピングによる塗布、マスキング用粘着テープの剥離、焼成（温度５００℃）を１０回繰り返すことにより、厚みが１〜２μｍのシリカからなる保護膜１４を形成した。
【００３８】
（比較例３）
実施例と同じ方法、材料を用いて、下部電極１３、半田付け端子部１８およびスルーホール部１７、誘電体層１５、上部電極１２を形成した。保護膜１４は、一般的な厚膜印刷法を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）を主成分とする非晶質ガラス（旭硝子株式会社製ＡＰ５７０１Ｂ）を印刷し、焼成することによって厚みが８〜９μｍの保護膜１４を形成した。
【００３９】
以上のようにして作製された実施例と比較例１〜３のイオン発生装置１において下部電極１３と上部電極１２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１３と上部電極１２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。
【００４０】
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２に示す。
【００４１】
図２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（比較例３）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、酸化チタン（ＴｉＯ２）（実施例）およびシリカ（ＳｉＯ２）（比較例２）からなる保護膜の厚みを１〜２μｍとしたイオン発生装置においては、印加電圧が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１．０ｋＶにおけるイオン発生量を比較すると、保護膜の厚みが１〜２μｍのイオン発生装置では、約６．０×１０５個／ｃｃのイオンが発生しており、保護膜がない場合（比較例１）とほぼ同じレベルのイオン発生量が得られた。一方、保護膜の厚みが８〜９μｍのイオン発生装置（比較例３）においては、印加電圧が１．０ｋＶではイオンの発生が観測されなかった。
【００４２】
なお、負イオンについても同様の測定結果が得られた。
【００４３】
したがって、保護膜の厚みが１〜２μｍ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。
【００４４】
次に、実施例および比較例２のイオン発生装置１の連続動作時の耐久性を調べるため、下部電極１３と上部電極１２との間に３０ｋＨｚの高周波電圧を印加し、１５０時間駆動させた後、印加電圧とイオン発生量との相関を調べた。
【００４５】
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として、厚みが１〜２μｍの酸化チタンの保護膜を形成した実施例の連続動作前後の結果を図３に示す。図３に示すように、１５０時間動作後もイオン発生特性にほとんど変化は見られなかった。
【００４６】
一方、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として、厚みが１〜２μｍのシリカの保護膜を形成した比較例２の連続動作前後の結果を図４に示す。ず４に示すように、連続動作後のイオン発生量が大きく低下し、たとえば、印加電圧が１．０ｋＶのときのイオン発生量は連続動作前に比べて約１０分の１に低下した。
【００４７】
以上の結果から、酸化チタンからなる保護膜を形成したイオン発生装置は、シリカからなる保護膜を形成する場合に比べて長期間の使用に耐える耐久性に優れ、長期間にわたって信頼性を維持することができる。
【００４８】
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】
【００４９】
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】
【００５０】
【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】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。
【図３】酸化チタンからなる保護膜を形成した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として連続動作前後における変化を示す図である。
【図４】シリカからなる保護膜を形成した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として連続動作前後における変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１：イオン発生装置、１１：基板、１２：上部電極：、１３：下部電極、１４：保護膜、１５：誘電体層、１７：スルーホール部、１８：半田付け端子部分。
【図１】
2006310063.tif 000003
【図２】
2006310063.tif 000004
【図３】
2006310063.tif 000005
【図４】
2006310063.tif 000006