(57)【要約】【課題】  放電プラズマの強度を安定させ、目標通りの強度で放電プラズマを発生させることが可能となる放電プラズマ発生装置、およびこれを備えた空気調節装置を提供する。【解決手段】  誘電体基板１１の表面は防湿膜１２によって覆われているため、周囲の空気に含まれる水分が誘電体基板１１の内部に入り込むのを防ぐことができる。放電強度が周囲の空気中の水分の影響を受けることがないため、放電プラズマの強度が安定する。したがって、目標通りの強度で放電プラズマを発生させることができる。【選択図】        図３
2006187525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と、前記第１の主面に平行な第２の主面とを有する誘電体基板と、
前記第１の主面上に設けられる放電電極と、
前記第２の主面上に設けられる対向電極と、
前記第１、第２の主面を少なくとも覆うように形成される防湿膜とを備える、放電プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記防湿膜は、窒化珪素により構成される薄膜である、請求項１に記載の放電プラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放電プラズマ発生装置を備える空気調節装置であって、
前記放電プラズマ発生装置は、正イオンおよび負イオンの少なくとも一方を発生させる、空気調節装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の放電プラズマ発生装置を備える空気調節装置であって、
前記放電プラズマ発生装置は、酸素ラジカルおよびオゾンの少なくとも一方を発生させる、空気調節装置。
【請求項５】
前記放電プラズマ発生装置は、オゾンを発生させ、
前記空気調節装置は、
前記オゾンを運ぶ空気流を生じさせるファンと、
前記空気流を通過させて、通過後における空気中のオゾン濃度を通過前における前記オゾン濃度よりも減少させるフィルタとを備える、請求項４に記載の空気調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電プラズマを発生する放電プラズマ発生装置、および、この放電プラズマ発生装置を備えた空気調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の顕在化、居住空間の高気密化等に伴い、人体に有害な空気中の化学物質や浮遊微生物を取り除き、健康で快適な生活を送りたいという住環境に対する要望が強くなっている。このような要望に応えるため、誘電体基板を挟んで対向する電極間に交流高電圧を印加することにより、誘電体基板の表面に放電プラズマを発生させ、放電プラズマにより生成した正イオンおよび負イオンを居住空間に送出し、これらのイオンが引き起こす化学反応により空気中の有害な化学物質や浮遊微生物を無害化する技術を搭載した空気清浄機、空気調和機等の空気調節装置が開発され、販売されている。また、放電プラズマを発生させると、イオンの他に酸素ラジカルやオゾンが発生する。これらの活性種が持つ強い酸化作用を積極的に利用することにより、空気中の有害な化学物質を効果的に無害化することができる。
【０００３】
たとえば、特許第３４３８０５４号公報（特許文献１）には、誘電体の内部に形成された内部電極と誘電体の表面に形成された表面電極とを備え、表面電極は格子状に形成されると共に格子内部の隣接する格子辺の２辺上に先鋭部を設け、表面電極及び内部電極に電圧を印可することにより空気中にＨ+（Ｈ2Ｏ）n及びＯ2-（Ｈ2Ｏ）m（ｎおよびｍは自然数）を発生させることを特徴とするイオン発生素子が開示されている。
【特許文献１】特許第３４３８０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の空気調節装置では、周囲の空気中の水分が誘電体基板の内部に入り込んで放電プラズマの強度に影響を与えるため、放電プラズマの強度の制御が難しいという問題があった。放電プラズマの強度が目標よりも強すぎると、オゾンやＮＯｘ（窒素酸化物）等の副生成物の発生量が増えるため、ユーザーの健康への影響の面から好ましくない。また、放電プラズマの強度が目標よりも弱すぎると、イオンや酸素ラジカル、オゾンの発生量が減るため、空気中の有害な化学物質や浮遊微生物を効果的に無害化することができない。
【０００５】
本発明は、周囲の空気中の水分が誘電体基板の内部に入り込むのを防ぐことにより放電プラズマの強度を安定させ、目標通りの強度で放電プラズマを発生させることが可能となる放電プラズマ発生装置、およびこれを備えた空気調節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】
【０００６】
本発明は要約すれば、放電プラズマ発生装置であって、第１の主面と第１の主面に平行な第２の主面とを有する誘電体基板と、第１の主面上に設けられる放電電極と、第２の主面上に設けられる対向電極と、第１、第２の主面を少なくとも覆うように形成される防湿膜とを備える。
【０００７】
好ましくは、防湿膜は、窒化珪素により構成される薄膜である。
【０００８】
より好ましくは、空気調節装置は上述のいずれかの放電プラズマ発生装置を備える空気調節装置であって、放電プラズマ発生装置は、正イオンおよび負イオンの少なくとも一方を発生させる。
【０００９】
より好ましくは、空気調節装置は、上述のいずれかの放電プラズマ発生装置を備える空気調節装置であって、放電プラズマ発生装置は、酸素ラジカルおよびオゾンの少なくとも一方を発生させる。
【００１０】
さらに好ましくは、放電プラズマ発生装置は、オゾンを発生させる。空気調節装置は、オゾンを運ぶ空気流を生じさせるファンと、空気流を通過させて、通過後における空気中のオゾン濃度を通過前におけるオゾン濃度よりも減少させるフィルタとを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の放電プラズマ発生装置、およびこの放電プラズマ発生装置を備えた空気調節装置によれば、放電プラズマの強度が周囲の空気中の水分の影響を受けないため、放電プラズマの強度が安定する。したがって、目標通りの強度で放電プラズマを発生させることができるため、確実に副生成物の発生量を健康上問題ないレベルに抑えることができる上、空気中の有害な化学物質や浮遊微生物に対して優れた無害化効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１３】
［本発明の実施の形態］
図１は、本発明の放電プラズマ発生装置を用いた空気調節装置の一例を示す概略断面図である。
【００１４】
図１を参照して、空気調節装置１０は、送風ファン１７、送風ファン１７の下流側に設けられる放電プラズマ発生装置１６、およびフィルタ１８を含む。放電プラズマ発生装置１６で発生したオゾンや正イオンあるいは負イオンは送風ファン１７により発生した空気流によって外部に運ばれる。
【００１５】
図１に示される空気調節装置１０の構成によれば、放電プラズマ発生装置１６から発生するイオンが起こす化学反応により空気中の有害な化学物質や浮遊微生物を効果的に無害化することができる。また、放電プラズマ発生装置１６が酸素ラジカルやオゾンを発生させる場合、酸素ラジカルやオゾンが持つ強い酸化作用を積極的に利用することにより、空気中の有害な化学物質を効果的に無害化することができる。なお以下では放電プラズマ発生装置１６によりオゾンが発生するものとして説明する。
【００１６】
オゾンを含む空気がフィルタ１８の表面に達するとき、およびオゾンを含む空気がフィルタ１８の内部を進むときの両方において、フィルタ１８を構成する物質の表面にオゾンが接触し、吸着あるいは分解によって空気中に含まれるオゾンの一部または大部分が除去される。つまりフィルタ１８を通過する前と比べフィルタ１８を通過した後における空気中のオゾン濃度が減少する。
【００１７】
このようなフィルタを空気調節装置に備えることによって、ユーザーの健康に悪い影響を与えるような高濃度のオゾンが空気調節装置の外部に放出されることを防止できる。また放電プラズマによって発生する酸素ラジカルは、発生してから消滅するまでの寿命が極めて短いため、空気調節装置の外部に放出されることはない。
【００１８】
なお、空気調節装置１０は、空気清浄機、空気調和機等に備えることができるほか、除湿機、加湿器、石油ファンヒータ、ガスファンヒータ、セラミックファンヒータ、冷蔵庫等に組み込まれてもよい。
【００１９】
図２は、図１の放電プラズマ発生装置１６の概略構造を模式的に示す平面図である。
【００２０】
図２を参照して、放電プラズマ発生装置１６は、平板状の誘電体基板１１と、誘電体基板１１を挟んで対向して配置された放電電極１３および対向電極１４と、電圧印加手段１５とを含む。放電電極１３および対向電極１４は誘電体基板１１の第１の主面上および第２の主面上にそれぞれ設けられる。
【００２１】
放電電極１３は複数の電極子を有しており、略方形領域内において格子状に配置される。対向電極１４は面状の電極であり、放電電極１３の複数の電極子および周縁を全て包含するように放電電極１３の略方形領域より一回り大きな略方形領域を有する。
【００２２】
電圧印加手段１５は放電電極１３と対向電極１４とに、交流高電圧等の時間に応じて変化する高電圧を印加する。これにより、放電電極１３の複数の電極子の先端近傍、および放電電極１３の周縁部近傍で放電プラズマが発生する。
【００２３】
図３は、図２の放電プラズマ発生装置１６のＩＩＩ−ＩＩＩ部における断面図である。
【００２４】
図３を参照して、誘電体基板１１の表面は防湿膜１２によって覆われている。よって周囲の空気に含まれる水分が誘電体基板１１の内部に入り込むのを防ぐことができる。放電強度が周囲の空気中の水分の影響を受けることがないため、放電プラズマの強度が安定する。したがって、目標通りの強度で放電プラズマを発生させることができる。
【００２５】
誘電体基板１１としては、セラミックス、ガラス等の通常用いられる一般的な誘電体を用いることができ、特に限定されない。
【００２６】
防湿膜１２としてはできるだけ防湿性の優れている薄膜を用いる方がよい。このような薄膜として特に窒化珪素により構成される薄膜が防湿膜に適している。ただし、防湿性が優れている薄膜であれば防湿膜は特に窒化珪素の薄膜に限定されず、たとえば樹脂膜等であってもよい。防湿膜１２の形成方法としてプラズマＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法などの一般的な薄膜形成方法が適用可能であり、形成方法は特に限定されない。
【００２７】
ここで、誘電体基板１１の内部に予め存在する水分の量のばらつきを低減するため、防湿膜１２を形成する前に誘電体基板１１を相対湿度１０％以下の低湿度の環境に２４時間以上放置することが好ましい。
【００２８】
なお、図３では放電電極１３および対向電極１４が形成される前に防湿膜１２が形成されているが、放電電極１３および対向電極１４が形成された後に防湿膜１２が形成されてもよい。
【００２９】
また、図３では、誘電体基板１１の側面も含めて誘電体基板１１の面全体が防湿膜１２に覆われているが、製造効率を向上させるため誘電体基板１１の側面は防湿膜１２に覆われていなくてもよい。つまり、図３における防湿膜１２Ａ，１２Ｂが少なくとも誘電体基板１１の表面に設けられていればよい。
【００３０】
放電電極１３および対向電極１４が形成された後に防湿膜１２が形成された場合、電圧印加手段１５に放電電極１３および対向電極１４のそれぞれを接続するため、以下の２つの方法のいずれかが用いられる。１つは放電電極１３および対向電極１４のそれぞれを電圧印加手段１５に接続した後に防湿膜１２を形成する方法である。もう１つは、フォトリソグラフィー技術を用い、防湿膜１２を形成するときに接続部のみをマスク（フォトレジストなど）で覆い、防湿膜１２を形成した後にエッチングによってマスクを除去する方法である。
【００３１】
放電電極１３および対向電極１４としては、例えばタングステン、金、銀、白金、パラジウム、アルミニウム、銅、ニッケル、モリブデン等の金属、またはこれらの金属を含む導電材料の膜が用いられる。放電電極１３および対向電極１４は物理的または化学的に、あるいは、印刷によって形成される。ただし、放電電極１３および対向電極１４に関する材料や製法は上述のように限定されるものではなく、例えば、ステンレス、タングステン、アルミニウム等の金属板、針金、金網等が用いられてもよい。
【００３２】
電圧印加手段１５としては、交流高電圧等の時間変化する高電圧を所望の波形で印加することができればよく、一般的に用いられる構成のものを適宜適用することができ、特に限定されない。
【実施例１】
【００３３】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
図１に示す放電プラズマ発生装置１６に用いられる誘電体基板１１は、縦９５ｍｍ×横９５ｍｍ×厚み０．５ｍｍのアルミナセラミックス基板である。
【００３５】
防湿膜１２として、誘電体基板１１を相対湿度約１０％の環境に約２４時間放置した後、プラズマＣＶＤ法によって誘電体基板１１上に形成された、膜厚が約０．１μｍの窒化珪素膜を用いた。
【００３６】
放電電極１３としてデュポン社製金（Ａｕ）導体ペースト「５７１５」を用い、印刷によって放電電極１３をライン幅０．３ｍｍ、スペース幅１．０ｍｍの格子状に形成し、かつ、外形が縦３０．２ｍｍ×横２２．４ｍｍ、膜厚が７〜９μｍとなるように形成した。
【００３７】
対向電極１４として、デュポン社製銀白金（Ａｇ／Ｐｔ）ペースト「５１６４Ｎ」を用い、印刷によって、外形が縦５０．２ｍｍ×横４２．４ｍｍの面状、膜厚が１０〜１４ｍｍとなるように対向電極１４を形成した。
【００３８】
放電電極１３および対向電極１４の印刷は、それぞれの中心が誘電体基板１１の中心と一致するように行なった。また、日本電気硝子（株）製保護ガラスペースト「ＰＬＳ３１２１」を用いて電極端も含めて対向電極１４を覆うように印刷して対向電極１４を覆う保護ガラスを形成した。
【００３９】
また、放電電極１３および対向電極１４と電圧印加手段１５とを、アルファ・ワイヤー・カンパニー社製の電線「５８５４／７」を用いて接続した。具体的には、京都エレックス（株）製銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）ペースト「ＤＤ２３３２Ｈ」を放電電極１３と隣接するように印刷することによって縦３．０ｍｍ×横５．０ｍｍのハンダ付け部分を設け、該ハンダ付け部分に電線をハンダ付けした。
【００４０】
また、対向電極１４と電線とは、対向電極１４の一端に、保護ガラスにより覆われていない縦３．０ｍｍ×横５．０ｍｍのハンダ付け部分を設け、該ハンダ付け部分に電線をハンダ付けする方法を用いて接続した。
【００４１】
図４は、本実施例において印加された電圧の波形を示す図である。
【００４２】
図５は、本実施例において印加された電圧の別の波形を示す図である。
【００４３】
本実施例に係る放電プラズマ発生装置１６の対向電極１４を接地し、放電電極１３に図４に示す電圧波形ａ、または図５に示す電圧波形ｂに応じた電圧を印加した。
【００４４】
図４を参照して、電圧波形ａを構成する単位波形は、時間をｘ［ｍｓｅｃ］、電圧をｙ［ｋＶ］とした場合、（数１）で表すことができる。
【００４５】
（数１）
ｙ＝２．７５ｋＶ×［１＋ｓｉｎ［π（４ｘ−１）／２］］
（０≦ｘ＜０．５ｍｓｅｃ）
ｙ＝５．５ｋＶ
（０．５≦ｘ＜１．０ｍｓｅｃ）
ｙ＝２．７５ｋＶ×［１＋ｓｉｎ［π（４ｘ−３）／２］］
（１．０≦ｘ＜１．５ｍｓｅｃ）
ｙ＝０ｋＶ
（１．５≦ｘ＜２．０ｍｓｅｃ）
同様に、図５を参照して、電圧波形ｂを構成する単位波形は、時間をｘ［ｍｓｅｃ］、電圧をｙ［ｋＶ］とした場合、（数２）で表すことができる。
【００４６】
（数２）
ｙ＝−２．７５ｋＶ×［１＋ｓｉｎ［π（４ｘ−１）／２］］
（０≦ｘ＜０．５ｍｓｅｃ）
ｙ＝−５．５ｋＶ
（０．５≦ｘ＜１．０ｍｓｅｃ）
ｙ＝−２．７５ｋＶ×［１＋ｓｉｎ［π（４ｘ−３）／２］］
（１．０≦ｘ＜１．５ｍｓｅｃ）
ｙ＝０ｋＶ
（１．５≦ｘ＜２．０ｍｓｅｃ）
放電電極１３に電圧波形ａで示される電圧が印加されている場合、放電電極１３の近傍から正イオン、酸素ラジカル、オゾンが発生し、放電電極１３に電圧波形ｂで示される電圧が印加されている場合、放電電極１３の近傍から負イオン、酸素ラジカル、オゾンが発生する。
【００４７】
これらの場合のオゾン発生量を以下の方法で測定した。
＜オゾン発生量の測定＞
図６は、オゾン発生量の測定系を示す図である。
【００４８】
図６を参照して、オゾン発生量を測定するため、放電プラズマ発生装置１６を幅１１ｃｍ×高さ７ｃｍ×長さ５０ｃｍのステンレス製の容器１９の中に入れ、上記方法で放電プラズマを発生させた。
【００４９】
さらに容器１９の長手方向の一端に外径６ｍｍ、内径４ｍｍのテフロン（登録商標）チューブ２０を接続した。テフロン（登録商標）チューブ２０を通して容器１９の内部の空気が荏原実業（株）製オゾンモニター（型番ＥＧ−２００１Ｆ）とポンプとにそれぞれ毎分１．５リットル、毎分１．４リットルの速度で吸引された。容器１９の長手方向の他端である、幅１１ｃｍ×高さ７ｃｍの面２１に直径２ｃｍの取入口２２を３個設け、これらの取入口を通して容器１９の外部から内部へ毎分２．９リットルの速度で空気が供給された。
【００５０】
図６のような測定系において放電プラズマ発生装置１６が動作すると、発生するオゾンのほぼ全量がテフロン（登録商標）チューブを通してオゾンモニター及びポンプに吸引される。したがって、オゾンモニターが示すオゾン濃度の測定値からオゾン発生量を知ることができる。
【００５１】
表１は、本実施例に係る放電プラズマ発生装置１６のオゾン発生量を測定した結果を示す表である。放電電極１３に電圧波形ａの電圧を印加する場合と、電圧波形ｂの電圧を印加する場合のそれぞれについて、約１週間の間隔をおいて３回ずつ測定を行った。
【００５２】
【表１】
2006187525.tif 000003
【００５３】
本実施例に係る放電プラズマ発生装置１６と対比するため、従来の放電プラズマ発生装置についても同様にオゾン発生量を測定した。
【００５４】
図７は、従来の放電プラズマ発生装置２６の構成を示す断面図である。
【００５５】
図７を参照して、放電プラズマ発生装置２６は防湿膜１２が形成されていないこと以外は放電プラズマ発生装置１６と同様の方法で製造される。よって、放電プラズマ発生装置２６の他の部分に関する構成は放電プラズマ発生装置１６と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
【００５６】
放電プラズマ発生装置２６の対向電極１４を接地し、放電電極１３に図３に示す電圧波形ａ、または図４に示す電圧波形ｂを有する電圧を印加して、上記実施例と同様の方法で放電プラズマを発生させた。
【００５７】
表２は、従来の放電プラズマ発生装置２６のオゾン発生量を測定した結果を示す表である。放電電極１３に電圧波形ａの電圧を印加する場合と、電圧波形ｂの電圧を印加する場合のそれぞれについて、約１週間の間隔をおいて３回ずつ測定を行った。
【００５８】
【表２】
2006187525.tif 000004
【００５９】
表１と表２の対比から明らかなように、本実施例において誘電体基板１１の表面を覆う防湿膜１２を形成したことにより、防湿膜１２を形成しない場合と比較して放電プラズマの強度を安定させることができた。
【００６０】
以上のように本発明の放電プラズマ発生装置は誘電体基板の表面に防湿膜を設けることにより、周囲の空気に含まれる水分の影響を受けずに目標通りの強度で放電プラズマを発生させることができる。
【００６１】
今回開示された実施の形態および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えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の放電プラズマ発生装置を用いた空気調節装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１の放電プラズマ発生装置１６の概略構造を模式的に示す平面図である。
【図３】図２の放電プラズマ発生装置１６のＩＩＩ−ＩＩＩ部における断面図である。
【図４】本実施例において印加された電圧の波形を示す図である。
【図５】本実施例において印加された電圧の別の波形を示す図である。
【図６】オゾン発生量の測定系を示す図である。
【図７】従来の放電プラズマ発生装置２６の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  空気調節装置、１１  誘電体基板、１２，１２Ａ，１２Ｂ  防湿膜、１３  放電電極、１４  対向電極、１５  電圧印加手段、１６，２６  放電プラズマ発生装置、１７  送風ファン、１８  フィルタ、１９  容器、２０  テフロン（登録商標）チューブ、２１  面、２２  取入口、ａ，ｂ  電圧波形。
【図１】
2006187525.tif 000005
【図２】
2006187525.tif 000006
【図３】
2006187525.tif 000007
【図４】
2006187525.tif 000008
【図５】
2006187525.tif 000009
【図６】
2006187525.tif 000010
【図７】
2006187525.tif 000011