(57)【要約】【課題】電界集中を抑制し、安定して均一な気流を発生することができる気流発生装置、およびこの気流発生装置を備えた移動体を提供する【解決手段】気流発生装置１０は、固体からなる第１の誘電体２０と、第１の誘電体２０の一方の表面に設けられた第１の電極３０と、第１の誘電体２０の他方の表面に、第１の電極３０に対設された第２の電極３１とを備えている。また、気流発生装置１０には、第１の電極３０の第２の電極３１側の端縁で、かつ第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極３０の端縁３０ａを覆うように、第１の電極３０の端縁３０ａに沿って、固体からなる第２の誘電体４０が設けられている。【選択図】図２
2011041889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体からなる板状の第１の誘電体と、
前記第１の誘電体の一方の表面に設けられた第１の電極と、
前記第１の誘電体の他方の表面に、前記第１の電極と面方向にずらして対設された第２の電極と、
前記第１の電極の前記第２の電極側の端縁で、かつ前記第１の誘電体の一方の表面側に位置する前記第１の電極の端縁を少なくとも覆うように設けられた、固体からなる第２の誘電体と
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して、前記第１の誘電層の一方の表面近傍の気体の一部をプラズマ化することにより気流を発生させることを特徴とする気流発生装置。
【請求項２】
前記第２の誘電体が、前記第１の誘電体の一方の表面上に、前記第１の電極の前記第２の電極側の端縁を含む端面から前記第２の電極側に向かって徐々に下方傾斜するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の気流発生装置。
【請求項３】
固体からなる板状の誘電体と、
前記誘電体の一方の表面に設けられた第１の電極と、
前記誘電体の他方の表面に、前記第１の電極と面方向にずらして対設された第２の電極と
を備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して、前記誘電体の一方の表面近傍の気体の一部をプラズマ化することにより気流を発生させる気流発生装置において、
前記第１の電極の前記第２の電極側の端縁で、かつ前記誘電体の一方の表面側に位置する前記第１の電極の一方の端縁に対向する他方の端縁が、前記第１の電極の一方の端縁よりも、前記第２の電極側に位置することを特徴とする気流発生装置。
【請求項４】
前記第１の電極の一方の端縁が曲面で構成されていることを特徴とする請求項３記載の気流発生装置。
【請求項５】
前記第１の電極の一方および他方の端縁を含む端面が、前記他方の端縁から前記一方の端縁に向かって傾斜する傾斜面で構成されていることを特徴とする請求項３記載の気流発生装置。
【請求項６】
前記第１の電極の一方の端縁を少なくとも覆うように設けられた、固体からなる第２の誘電体をさらに具備することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の気流発生装置を外側面に備えたことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマの作用により気流を発生させることができる気流発生装置、およびこの気流発生装置を備えた移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体機器や流体機器システムにおける動力低減は、省エネルギの観点から重要性が高まっている。また、流体機器や流体機器システムに起因する振動や騒音の抑制は、プラントの安全性確保、作業環境向上の観点から非常に重要である。
【０００３】
本発明者らは、気体の一部をプラズマ化させ、このプラズマの作用により気流を発生させて、流れを制御する気流発生装置を発明し、その効果を確認した（例えば、特許文献１−２参照。）。
【０００４】
この気流発生装置によれば、平板上に非常に薄い層状の誘起気流を適宜制御しながら発生させることが可能である。また、この発生した誘起気流により、流れの境界層の速度分布を変化させたり、層流から乱流への遷移を強制的に引き起こしたり、渦を発生または消滅させたりするなどの気流制御を実現することができる。そのため、種々の産業機器の革新的要素技術として、この気流発生装置を利用できる可能性がある。
【０００５】
従来の気流発生装置では、例えば、誘電体上に短冊状の対向電極が配置され、その上に、誘電体が配置され、さらにその上に、対向電極と所定の間隔を置いて平行に、対向電極と同形の放電電極が配置されている。
【０００６】
この気流発生装置において、放電電極と、この放電電極に近接配置された対向電極との間に、例えば１ｋＶ〜１０ｋＶ程度の電圧を印加すると、これらの電極間に誘電体バリア放電が生じる。この誘電体バリア放電は、放電電極が配置されている誘電体の表面に沿って形成される沿面放電となる。この誘電体バリア放電によって、放電電極が配置されている誘電体の表面に沿って、放電電極の対向電極側の端部から対向電極側に向かう気流が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１７６５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した従来の気流発生装置において、放電電極が配置されている誘電体の表面上における放電電極の対向電極側の端部は、電極、誘電体および気体の３つの物質が接している部分、いわゆるトリプルジャンクションを形成する。このトリプルジャンクションでは、高電界となるため、本来不要な放電が発生することがある。この放電によって、安定した誘電体バリア放電を行うことができず、均一な気流の発生を阻害することがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電界集中を抑制し、安定して均一な気流を発生することができる気流発生装置、およびこの気流発生装置を備えた移動体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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、固体からなる板状の第１の誘電体と、前記第１の誘電体の一方の表面に設けられた第１の電極と、前記第１の誘電体の他方の表面に、前記第１の電極と面方向にずらして対設された第２の電極と、前記第１の電極の前記第２の電極側の端縁で、かつ前記第１の誘電体の一方の表面側に位置する前記第１の電極の端縁を少なくとも覆うように設けられた、固体からなる第２の誘電体とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して、前記第１の誘電層の一方の表面近傍の気体の一部をプラズマ化することにより気流を発生させることを特徴とする気流発生装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の一態様によれば、固体からなる板状の誘電体と、前記誘電体の一方の表面に設けられた第１の電極と、前記誘電体の他方の表面に、前記第１の電極と面方向にずらして対設された第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して、前記誘電体の一方の表面近傍の気体の一部をプラズマ化することにより気流を発生させる気流発生装置において、前記第１の電極の前記第２の電極側の端縁で、かつ前記誘電体の一方の表面側に位置する前記第１の電極の一方の端縁に対向する他方の端縁が、前記第１の電極の一方の端縁よりも、前記第２の電極側に位置することを特徴とする気流発生装置が提供される。
【００１２】
さらに、本発明の一態様によれば、上記した気流発生装置を外側面に備えたことを特徴とする移動体が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の気流発生装置およびこの気流発生装置を備えた移動体によれば、電界集中を抑制し、安定して均一な気流を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の気流発生装置を上方から見たときの平面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の気流発生装置の断面を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の気流発生装置において、他の構成の第２の誘電体を備えたときの、気流発生装置の断面を示す図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態の気流発生装置の断面を示す図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の気流発生装置において、他の構成の第１の電極を備えたときの、気流発生装置の断面を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の気流発生装置において、トリプルジャンクションを形成する部分に、第２の誘電体を備えたときの、気流発生装置の断面を示す図である。
【図７】本発明に係る第２の実施の形態の気流発生装置において、他の構成の第２の誘電体を備えたときの、気流発生装置の断面を示す図である。
【図８】前方側面に気流発生装置を備えた移動体の一部の断面を模式的に示した図である。
【図９】電界解析を行った気流発生装置のモデル形状の断面を示す図である。
【図１０】第１の電極の端縁の形状を曲面とした場合における電界解析の結果を示す図である。
【図１１】第１の電極の両端縁を含む端面を傾斜面とした場合における電界解析の結果を示す図である。
【図１２】第１の電極の端縁の形状が直角に形成されている場合における電界解析の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の気流発生装置１０を上方から見たときの平面図である。図２は、本発明に係る第１の実施の形態の気流発生装置１０の断面を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
図１および図２に示すように、気流発生装置１０は、固体からなる板状の第１の誘電体２０と、第１の誘電体２０の一方の表面に設けられた第１の電極３０と、第１の誘電体２０の他方の表面に、第１の電極３０と面方向（気流Ｆを発生させる方向）にずらして対設された第２の電極３１とを備えている。
【００１８】
また、気流発生装置１０には、第１の電極３０の第２の電極３１側の端縁で、かつ第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極３０の端縁３０ａを覆うように、第１の電極３０の端縁３０ａに沿って、固体からなる第２の誘電体４０が設けられている。換言すると、第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極３０の端縁３０ａ、第１の誘電体２０の一方の表面、および気体（例えば、空気）の３つの物質が接している部分、いわゆるトリプルジャンクションを形成する部分に第２の誘電体４０が設けられている。
【００１９】
なお、ここでは、第２の電極３１の一方の表面が第１の誘電体２０の他方の表面と同一平面となるように構成されているが、この構成に限られるものではない。第２の電極３１は、例えば、第１の誘電体２０に埋設されるように構成されても、第２の電極３１の一方の表面が第１の誘電体２０の他方の表面から突出するように配置されてもよい。第２の電極３１の一方の表面が第１の誘電体２０の他方の表面から突出するように配置された場合には、第２の電極３１の突出した部分は、基材５０によって覆われる。
【００２０】
ここで、第１の電極３０と第２の電極３１は、直接接触することなく第１の誘電体２０を介在させて配設されている。また、第１の電極３０の第２の電極３１側の端縁３０ａと、第２の電極３１の第１の電極３０側の端縁３１ａとの間の水平方向（図２では、左右方向）の距離は、所定の印加電圧が印加された際、両電極間において適正な誘電体バリア放電を生じることができる範囲に設定される。また、第１の電極３０の第２の電極３１側の端縁３０ａと、第２の電極３１の第１の電極３０側の端縁３１ａとの間の水平方向の距離をゼロ（０）に設定してもよい。すなわち、気流発生装置１０の上方から両電極を透過して見たときに、第１の電極３０の第２の電極３１側の端縁３０ａと、第２の電極３１の第１の電極３０側の端縁３１ａとが重なるように設定してもよい。さらに、気流発生装置１０の上方から両電極を透過して見たときに、第２の電極３１の第１の電極３０側の端縁３１ａが、第１の電極３０の第２の電極３１側の端縁３０ａよりも第１の電極３０側に位置するように設定してもよい。すなわち、第１の誘電体２０上に、第１の電極３０側から第２の電極３１側に向かう気流を発生させることができるように、第１の電極３０と第２の電極３１とが配置されていればよい。
【００２１】
また、第１の誘電体２０の他方の表面は、誘電体からなる基材５０に面するように構成されている。換言すれば、気流発生装置１０は、誘電体からなる基材５０上に配置されている。なお、第２の電極３１が誘電体２０に埋設されるように構成される場合には、気流発生装置１０を、誘電体からなる基材５０上に配置する必要はない。
【００２２】
また、図１に示すように、第１の電極３０と第２の電極３１との間は、ケーブル６１を介して放電用電源６０に接続されている。
【００２３】
第１の誘電体２０、第２の誘電体４０および基材５０は、例えば、樹脂材料やセラミックス材料などの誘電材料で構成される。樹脂材料としては、例えば、次に示す熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、芳香族樹脂等から選択された樹脂材料で構成される。選択される樹脂材料として、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリプロピレン、メタクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、ポリケトン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。
【００２４】
また、セラミックス材料としては、窒化アルミ、アルミナ、ジルコニア、ハフニア、チタニア、シリカなどを主成分としたセラミックス材料などが挙げられる。
【００２５】
ここで、第２の誘電体４０は、第１の誘電体２０および基材５０を構成する誘電体と同じ材料で構成される以外に、例えば、第１の誘電体２０および基材５０を構成する誘電体よりも誘電率の高い材料、または誘電率の低い材料で構成してもよい。第２の誘電体４０を、第１の誘電体２０および基材５０を構成する誘電体よりも誘電率の高い材料で構成することで、誘電体４０の表面の電位傾度をより均等にすることができ、尾長の長い、安定した誘電体バリア放電を形成可能であるなどの効果が得られる。一方、第２の誘電体４０を、第１の誘電体２０および基材５０を構成する誘電体よりも誘電率の低い材料で構成することで、誘電体４０の表面の電位傾度が電極３０の端縁３０ｂ側に密になり、より低電圧からの誘電体バリア放電を形成可能であるなどの効果が得られる。
【００２６】
また、第２の誘電体４０は、上記した誘電体に、例えば、窒化アルミ、アルミナ、ジルコニア、ハフニア、チタニア、シリカや、クロライト、フロゴバイト、レピドライト、マスコバイト、バイオタイト、パラゴナイト、マーガライト、テニオライト、テトラシリシックマイカなどからなるマイカ群などからなる無機充填材を含有した誘電体で構成されてもよい。また、第２の誘電体４０は、上記した誘電体に、例えば、モンモリナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、バイデライト、ステブンサイト、ノントロナイトなどからなるナノ充填材（大きさの平均、すなわち積算分布（累積分布）の中位径（累積分布曲線で累積量が５０％時の粒子径）が１μｍ以下）を含有した誘電体で構成されてもよい。これによって、例えば、耐放電特性を向上させることができる。なお、ここでいう耐放電特性とは、誘電体バリア放電によって誘電体の表面に損傷を受け難い特性である。なお、第１の誘電体２０および基材５０も、この無機充填材やナノ充填材を含有した誘電体で構成されてもよい。
【００２７】
第１の電極３０および第２の電極３１は、気流発生装置１０が使用される環境に応じて、公知の導電性の材料から適宜に選択される。第１の電極３０および第２の電極３１は、例えば、銅箔などを用いることができる。また、第１の電極３０および第２の電極３１として、例えば、ステンレス、インコネル（商品名）、ハステロイ（商品名）、チタン、白金、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、金、銀、すず、クロム等の金属や、これらの金属元素を主成分とする合金、カーボンナノチューブ、導電性セラミックス等の無機良導電体や、導電性プラスチック等の有機良導電体等を使用する環境下に応じて使用することもできる。
【００２８】
特に、インコネル、ハステロイ、チタン等の耐熱または耐腐食性金属を導電体に用いた場合には、高温多湿、酸化性等の高腐食雰囲気においても長期間使用することができる電極を実現することができる。また、金属でなく導電性プラスチックを導電体に用いた場合には、製造コストを大幅に削減できるだけでなく、加工性がよくなり、複雑曲面等の複雑形状の気流発生装置が実現できる。
【００２９】
放電用電源６０は、電圧印加機構として機能し、第１の電極３０と第２の電極３１との間に電圧を印加するものである。放電用電源６０からは、例えば、正極性および／または負極性の電圧を断続的に出力するパルス状の出力電圧、正極性および負極性のパルス状の電圧を交互に出力する交番電圧、交流状（正弦波、断続正弦波）の波形を有する出力電圧などが出力される。また、放電用電源６０は、例えば、出力電圧に強弱をつけて出力するなど、電圧値を調整しながら第１の電極３０と第２の電極３１との間に電圧を印加してもよい。具体的には、例えば、所定のデューティー比で正極性および負極性の電圧を交互に断続的に出力する際、初めから２パルスは高出力とし、それに続く２パルスをその半分の出力とし、この高出力の２パルスとその半分の出力の２パルスの組み合わせを繰り返し印加する制御などが挙げられる。なお、これらに限られるものではなく、電圧の制御は、使用条件や用途などに応じて適宜に設定可能である。
【００３０】
次に、第１の実施の形態の気流発生装置１０の作用について説明する。
【００３１】
放電用電源６０から第１の電極３０と第２の電極３１との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、第１の電極３０と第２の電極３１との間に放電が生じる。この放電に伴って放電プラズマが生成される。ここで、第１の電極３０と第２の電極３１との間に第１の誘電体２０を介在させているので、高温下や含塵環境下においてもアーク放電にはいたらず、安定に維持することが可能な誘電体バリア放電が生じる。また、誘電体バリア放電は、第１の誘電体２０に沿って形成される沿面放電となる。この誘電体バリア放電によって、第１の誘電体２０の一方の表面上を第１の電極３０側から第２の電極３１側に流れる気流Ｆが発生する。
【００３２】
ここで、第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極３０の端縁３０ａ、第１の誘電体２０の一方の表面、および気体（例えば、空気）の３つの物質が接している部分、いわゆるトリプルジャンクションを形成する部分に、第２の誘電体４０が設けられているため、電界集中が緩和される。さらに、第２の誘電体４０を設けることで、トリプルジャンクションを形成する部分が、端縁３０ａに対向する、第１の電極３０の端縁３０ｂ側に移動する。これによって、本来放電を発生させたい第１の電極３０の端縁３０ｂ側に、トリプルジャンクションを形成する部分を位置させることができる。
【００３３】
上記したような大気圧下における誘電体バリア放電において、第１の電極３０と第２の電極３１との間に直流電圧を印加すると、放電の進展とともに第１の誘電体２０の一方の表面に電荷が蓄積する。これによって、第１の電極３０と第２の電極３１との間の電界が緩和され、最終的には電界が空間の電離を維持できなくなり、放電が停止する。この放電の停止を防止するためには、第１の誘電体２０の一方の表面に蓄電された電荷を除去することが必要である。そのためには、第１の電極３０と第２の電極３１との間に、パルス状の正負の両極性電圧である交番電圧や交流電圧を印加することが好ましい。このように第１の電極３０と第２の電極３１との間に交番電圧または交流電圧を印加することで、持続的に誘電体バリア放電を行うことが可能となる。
【００３４】
上記したように、第１の実施の形態の気流発生装置１０では、第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極３０の端縁３０ａ、第１の誘電体２０の一方の表面、および気体（例えば、空気）の３つの物質が接している部分、いわゆるトリプルジャンクションを形成する部分に、第２の誘電体４０を設けることで、電界集中を緩和することができる。これによって、安定した誘電体バリア放電を行うことができるので、安定した均一な気流Ｆを発生させることができる。
【００３５】
なお、第１の実施の形態の気流発生装置１０における第２の誘電体４０の構成は、上記した構成に限られるものではない。
【００３６】
図３は、本発明に係る第１の実施の形態の気流発生装置１０において、他の構成の第２の誘電体４０を備えたときの、気流発生装置１０の断面を示す図である。
【００３７】
図３に示すように、第２の誘電体４０を、第１の誘電体２０の一方の表面上に、第１の電極３０の第２の電極３１側の端縁を含む端面から第２の電極３１側に向かって徐々に下方傾斜するように構成してもよい。この場合、第２の誘電体４０は、第１の電極３０の端縁３０ｂから徐々に下方傾斜するように構成されており、第１の電極３０の表面３０ｃから段差なく連続的に第２の誘電体４０の傾斜面が形成される。
【００３８】
このような第２の誘電体４０を備えた気流発生装置１０において、放電用電源６０から第１の電極３０と第２の電極３１との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、第１の電極３０と第２の電極３１との間に放電が生じる。この放電に伴って放電プラズマが生成される。ここで、第１の電極３０と第２の電極３１との間に第１の誘電体２０を介在させているので、高温下や含塵環境下においてもアーク放電にはいたらず、安定に維持することが可能な誘電体バリア放電が生じる。また、誘電体バリア放電は、第２の誘電体４０の傾斜面に沿って形成される沿面放電となる。この誘電体バリア放電によって、第２の誘電体４０の傾斜面上を第１の電極３０側から第２の電極３１側に流れる気流Ｆが発生する。
【００３９】
上記した第２の誘電体４０を下方傾斜するように構成した気流発生装置１０においても、電界集中を緩和することができる。これによって、安定した誘電体バリア放電を行うことができるので、安定した均一な気流Ｆを発生させることができる。
【００４０】
さらに、第１の電極３０の表面３０ｃから段差なく連続的に第２の誘電体４０の傾斜面を形成することで、段差を有する場合に発生する気流の乱れを抑制することができるとともに、この気流の乱れに伴って発生する、エネルギ損失、騒音などを低減することができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明に係る第２の実施の形態の気流発生装置１１の断面を示す図である。なお、第１の実施の形態の気流発生装置１０の構成と同一部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
【００４２】
第２の実施の形態の気流発生装置１１では、第１の実施の形態の気流発生装置１０と第１の電極の形状が異なる。ここでは、この形状の異なる第１の電極について主に説明する。
【００４３】
図４に示すように、気流発生装置１１は、固体からなる板状の第１の誘電体２０と、第１の誘電体２０の一方の表面に設けられた第１の電極７０と、第１の誘電体２０の他方の表面に、第１の電極３０と面方向（気流Ｆを発生させる方向）にずらして対設された第２の電極３１とを備えている。
【００４４】
また、図４に示すように、第１の電極７０の第２の電極３１側の端縁で、かつ第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極７０の端縁７０ａは、曲面で構成されている。すなわち、第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極７０の端縁７０ａ、第１の誘電体２０の一方の表面、および気体（例えば、空気）の３つの物質が接しているトリプルジャンクションを形成する部分における、第１の電極７０の端縁７０ａの形状を曲面としている。
【００４５】
ここで、第１の電極７０の端縁７０ａは、曲面で構成されていればよいが、図４に示す、第１の電極７０の端縁７０ａの断面において、端縁７０ａの外郭の曲線が懸垂曲線となるように構成されることがさらに好ましい。端縁７０ａの外郭の曲線が懸垂曲線となるように構成されることで、等電位線の急激な変化を抑制することができ、安定した誘電体バリア放電を行うことができる。これによって、安定した均一な気流Ｆを発生させることができる。
【００４６】
また、図４には、第１の電極７０の端縁７０ａを曲面で構成した一例を示しているが、この曲面は、例えば、第１の電極７０の端縁７０ａに対向する端縁７０ｂから端縁７０ａに亘って形成されてもよい。
【００４７】
なお、第１の電極７０を構成する材料は、第１の実施の形態の気流発生装置１０における第１の電極３０を構成する材料と同じである。
【００４８】
次に、第２の実施の形態の気流発生装置１１の作用について説明する。
【００４９】
放電用電源６０から第１の電極７０と第２の電極３１との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、第１の電極７０と第２の電極３１との間に放電が生じる。この放電に伴って放電プラズマが生成される。ここで、第１の電極７０と第２の電極３１との間に第１の誘電体２０を介在させているので、高温下や含塵環境下においてもアーク放電にはいたらず、安定に維持することが可能な誘電体バリア放電が生じる。また、誘電体バリア放電は、第１の誘電体２０に沿って形成される沿面放電となる。この誘電体バリア放電によって、第１の誘電体２０の一方の表面上を第１の電極７０側から第２の電極３１側に流れる気流Ｆが発生する。
【００５０】
ここで、トリプルジャンクションを形成する部分における、第１の電極７０の端縁７０ａの形状を曲面としているため、電界集中が緩和される。また、トリプルジャンクションを形成する部分における部分放電を防止することができる。
【００５１】
上記したように、第２の実施の形態の気流発生装置１１では、第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極７０の端縁７０ａ、第１の誘電体２０の一方の表面、および気体（例えば、空気）の３つの物質が接している部分、いわゆるトリプルジャンクションを形成する部分における、第１の電極７０の端縁７０ａの形状を曲面とすることで、電界集中を緩和することができる。これによって、安定した誘電体バリア放電を行うことができるので、安定した均一な気流Ｆを発生させることができる。
【００５２】
なお、第２の実施の形態の気流発生装置１１における第１の電極７０の構成は、上記した構成に限られるものではない。
【００５３】
すなわち、第１の電極７０は、第１の電極７０の第２の電極３１側の端縁で、かつ第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極の端縁７０ａに対向する端縁７０ｂが、第１の電極７０の端縁７０ａよりも、第２の電極３１側に位置するように構成されていればよい。
【００５４】
図５は、本発明に係る第２の実施の形態の気流発生装置１１において、他の構成の第１の電極７０を備えたときの、気流発生装置１１の断面を示す図である。
【００５５】
図５に示すように、第１の電極７０の両端縁７０ａ、７０ｂを含む端面を、端縁７０ｂから端縁７０ａに向かって傾斜する傾斜面７０ｃで構成してもよい。この傾斜面７０ｃは、第１の電極７０の端縁７０ｂ側が、第２の電極３１側に張り出すように構成されている。
【００５６】
このような第１の電極７０を備えた気流発生装置１１において、放電用電源６０から第１の電極７０と第２の電極３１との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、第１の電極７０と第２の電極３１との間に放電が生じる。この放電に伴って放電プラズマが生成される。ここで、第１の電極７０と第２の電極３１との間に第１の誘電体２０を介在させているので、高温下や含塵環境下においてもアーク放電にはいたらず、安定に維持することが可能な誘電体バリア放電が生じる。また、誘電体バリア放電は、第１の誘電体２０の一方の表面に沿って形成される沿面放電となる。この誘電体バリア放電によって、第１の誘電体２０の一方の表面上を第１の電極７０側から第２の電極３１側に流れる気流Ｆが発生する。
【００５７】
この際、鋭角となる、第１の電極７０の端縁７０ｂに電界が集中して、この端縁７０ｂから放電が発生しやすくなる。一方、第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極７０の端縁７０ａ、第１の誘電体２０の一方の表面、および気体（例えば、空気）の３つの物質が接しているトリプルジャンクションを形成する部分における電界集中を緩和することができる。
【００５８】
上記した、第１の電極７０の両端縁７０ａ、７０ｂを含む端面が、端縁７０ｂから端縁７０ａに向かって傾斜する傾斜面７０ｃで構成された気流発生装置１１においても、トリプルジャンクションを形成する部分における電界集中を緩和することができる。一方、トリプルジャンクションを形成する部分と対向する側の、第１の電極７０の端縁７０ｂにおいて電界を集中させることができるので、安定した誘電体バリア放電を行うことができる。これによって、安定した均一な気流Ｆを発生させることができる。
【００５９】
ここで、図６は、本発明に係る第２の実施の形態の気流発生装置１１において、トリプルジャンクションを形成する部分に、第２の誘電体８０を備えたときの、気流発生装置１１の断面を示す図である。図７は、本発明に係る第２の実施の形態の気流発生装置１１において、他の構成の第２の誘電体８０を備えたときの、気流発生装置１１の断面を示す図である。
【００６０】
図６に示すように、第１の実施の形態の気流発生装置１０で例示した場合と同様に、第１の電極７０の第２の電極３１側の端縁で、かつ第１の誘電体２０の一方の表面側に位置する第１の電極７０の端縁７０ａを覆うように、第１の電極７０の端縁７０ａに沿って、固体からなる第２の誘電体８０を設けてもよい。すなわち、トリプルジャンクションを形成する部分に第２の誘電体８０を設けてもよい。
【００６１】
このように、トリプルジャンクションを形成する部分に、第２の誘電体８０を設けることで、電界集中を緩和することができる。これによって、安定した誘電体バリア放電を行うことができるので、安定した均一な気流Ｆを発生させることができる。
【００６２】
また、図７に示すように、第１の実施の形態の気流発生装置１０で例示した場合と同様に、第２の誘電体８０を、第１の誘電体２０の一方の表面上に、第１の電極７０の第２の電極３１側の端縁を含む端面から第２の電極３１側に向かって徐々に下方傾斜するように構成してもよい。この場合、第２の誘電体８０は、第１の電極７０の端縁７０ｂから徐々に下方傾斜するように構成されており、第１の電極７０の表面７０ｄから段差なく連続的に第２の誘電体８０の傾斜面が形成される。
【００６３】
このように、第２の誘電体８０を下方傾斜するように構成することで、電界集中を緩和することができる。これによって、安定した誘電体バリア放電を行うことができるので、安定した均一な気流Ｆを発生させることができる。
【００６４】
また、第１の電極７０の表面７０ｄから段差なく連続的に第２の誘電体８０の傾斜面を形成することで、段差を有する場合に発生する気流の乱れを抑制することができるとともに、この気流の乱れに伴って発生する、エネルギ損失、騒音などを低減することができる。
【００６５】
なお、上記した第２の誘電体８０は、図５に示した、傾斜面７０ｃを有する第１の電極７０を備える気流発生装置１１に設けられてもよい。この場合においても、第２の誘電体８０を備えることで得られる上記した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
（移動体への応用）
ここでは、上記した第１および第２の実施の形態の気流発生装置１０、１１を移動体１００の空気力学的特性を制御する手段として用いた場合の一例を示す。なお、ここでは、移動体１００として、新幹線などの鉄道車両を例示して説明する。
【００６７】
図８は、前方側面に気流発生装置１０を備えた移動体１００の一部の断面を模式的に示した図である。なお、ここでは、第１の実施の形態の気流発生装置１０を備えた場合を示している。
【００６８】
図８に示すように、気流発生装置１０は、移動体１００の左右の側面に固着されている。このように気流発生装置１０を配設することで、移動体１００の側面に誘電体バリア放電を生じさせ、気流Ｆを発生させることができる。ここで、気流発生装置１０は、移動体１００の側面を流れる流体（空気）と平行にかつ同方向に気流Ｆを発生させるように配設されている。
【００６９】
気体中を推進する移動体１００の表面には、気体との摩擦による抗力が生じる。移動体１００の側面の一部で流れが剥離するなどして抗力に不均衡が生じると、進行方向に対して横方向（左右方向）の安定性を損なう。そこで、図８に示すように、移動体１００の側面に気流発生装置１０を設けて駆動させると、移動体１００の側面を流れる気体の境界層付近に高速の気流Ｆを発生させることができる。これにより、境界層の速度分布を変化させ、気体の剥離を抑制することが可能となり、抗力係数を変化させることができる。この作用により、移動体１００の進行方向に対して左右の抗力差を減じるように、気流発生装置１０によって気流を発生させることで、移動体１００の横方向の安定性を維持することができる。また、気流発生装置１０によって移動体１００の進行方向に対して左右の抗力差を制御することで、移動体１００の進路を変更することも可能となる。
【００７０】
このように気流発生装置１０によって境界層に、安定した均一な気流を発生させ、例えば、移動体１００の側面と気流との境界層の流れの構造を変化させることで、移動体１００の構造を変えることなく、移動体１００における抗力係数などの空気力学的特性を制御することができる。また、気流発生装置１０における、第１の電極３０と第２の電極３１との間に印加する電圧を制御することで、発生する気流の速さを任意に制御することができる。これによって、流体（空気）の流れの状態に追随して、リアルタイムで空気力学的特性の制御をすることが可能となり、革新的な空気力学的特性制御技術が実現可能となる。
【００７１】
なお、ここでは、移動体１００として、新幹線などの鉄道車両を例示したが、他の高速で移動する移動体にも、第１および第２の実施の形態の気流発生装置１０、１１を適用して、例えば、空気力学的特性の制御をすることができる。
【００７２】
（電界解析による検討）
次に、図４に示すように、トリプルジャンクションを形成する部分における、第１の電極７０の端縁７０ａの形状を曲面とすることで、電界集中を緩和することができることを具体的に説明する。さらに、図５に示すように、第１の電極７０の両端縁７０ａ、７０ｂを含む端面を、端縁７０ｂから端縁７０ａに向かって傾斜する傾斜面７０ｃで構成することで、電界集中を緩和することができることを具体的に説明する。
【００７３】
ここでは、第１の電極７０の端縁７０ａの形状を曲面とした場合、第１の電極７０の両端縁７０ａ、７０ｂを含む端面を傾斜面７０ｃとした場合における等電位線を電界解析によって求めた。なお、比較のため、第１の電極７０の端縁７０ａの形状が直角に形成されている場合についても、電界解析を行った。
【００７４】
また、電界解析計算は、ＥｌｅｃＮｅｔ（ＩＮＦＯＬＹＴＩＣＡ社製）の計算ソフトを使用して行った。
【００７５】
図９は、電界解析を行った気流発生装置のモデル形状の断面を示す図である。なお、図９には、第１の電極７０の端縁７０ａの形状を曲面とした気流発生装置のモデル形状の断面を示している。
【００７６】
ここで、第１の電極７０の気流発生方向の長さＬａおよび第２の電極３１の気流発生方向の長さＬｂを１０ｍｍとした。第１の電極７０の厚さｔａおよび第２の電極３１の厚さｔｂを２ｍｍとした。第２の電極３１は、第２の電極３１の一方の表面が第１の誘電体２０の他方の表面と同一平面となるように設けられた。第１の誘電体２０の厚さｔｃを３ｍｍとした。第１の電極７０と第２の電極３１との間の距離Ｌｃを２ｍｍとした。
【００７７】
また、第１の電極７０の端縁７０ａの曲面の曲率半径Ｒａを２ｍｍとし、第２の電極３１の第１の電極７０側の端縁を曲率半径Ｒｂが０．５ｍｍの曲面とした。さらに、第１の誘電体２０の比誘電率を２、気流発生装置の周囲の空気層の比誘電率を１とした。そして、第１の電極７０と第２の電極３１との間に０．１ｋＶの電圧を印加した条件とした。
【００７８】
なお、第１の電極７０の両端縁７０ａ、７０ｂを含む端面を傾斜面７０ｃとしたモデルでは、傾斜角度が４５度となるように傾斜面７０ｃを設定した。
【００７９】
図１０は、第１の電極７０の端縁７０ａの形状を曲面とした場合における電界解析の結果を示す図である。図１１は、第１の電極７０の両端縁７０ａ、７０ｂを含む端面を傾斜面７０ｃとした場合における電界解析の結果を示す図である。図１２は、第１の電極７０の端縁７０ａの形状が直角に形成されている場合における電界解析の結果を示す図である。
【００８０】
図１０に示すように、第１の電極７０の端縁７０ａの形状を曲面とした場合には、第１の電極７０の端縁７０ａの近傍において、等電位線の間隔は曲面に沿ってほぼ均一となることがわかった。なお、この場合の、最大電界強度は、第１の電極７０の端縁７０ａが第１の誘電体２０に接触する部分Ｍで得られたが、その値は、第１の電極７０の端縁７０ａの近傍の曲面に沿う部分の電界強度とほぼ等しい値であった。これにより、トリプルジャンクションを形成する部分における電界集中は緩和されることが明らかとなった。
【００８１】
図１１に示すように、第１の電極７０の両端縁７０ａ、７０ｂを含む端面を傾斜面７０ｃとした場合には、鋭角となる、第１の電極７０の端縁７０ｂにおいて等電位線が密となり、電界集中が発生することが明らかとなった。そして、この第１の電極７０の端縁７０ｂにおいて、最大電界強度が得られた。これにより、この端縁７０ｂから放電が発生しやすいことがわかった。一方、トリプルジャンクションを形成する部分における電界集中は緩和されることが明らかとなった。
【００８２】
図１２に示すように、第１の電極７０の端縁７０ａの形状が直角に形成されている場合には、トリプルジャンクションを形成する部分Ｍにおいて等電位線が密となり、電界集中が発生することが明らかとなった。そして、この部分Ｍにおいて、最大電界強度が得られた。
【００８３】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１０，１１…気流発生装置、２０…第１の誘電体、３０，７０…第１の電極、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，７０ａ，７０ｂ…端縁、３０ｃ，７０ｄ…表面、３１…第２の電極、４０，８０…第２の誘電体、５０…基材、６０…放電用電源、６１…ケーブル、７０ｃ…傾斜面、１００…移動体、Ｆ…気流。
【図１】
2011041889.tif 000003
【図２】
2011041889.tif 000004
【図３】
2011041889.tif 000005
【図４】
2011041889.tif 000006
【図５】
2011041889.tif 000007
【図６】
2011041889.tif 000008
【図７】
2011041889.tif 000009
【図８】
2011041889.tif 000010
【図９】
2011041889.tif 000011
【図１０】
2011041889.tif 000012
【図１１】
2011041889.tif 000013
【図１２】
2011041889.tif 000014