(57)【要約】      （修正有）【課題】オゾン発生を抑制することができるとともに、安定的な放電が得られるプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】低誘電体層４と、低誘電体層４を挟むように設けられた第１電極２ａ及び第２電極２ｂと、第１電極２ａ及び低誘電体層４の間に設けられた第１高誘電体層３ａと、第２電極２ｂ及び低誘電体層４の間に設けられた第２高誘電体層３ｂとを備え、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの間にプラズマを発生させるプラズマ発生装置１であって、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂが、一方向に延びる側面を有し、その側面であって低誘電体層４の近傍に電界集中部５が形成されていることを特徴とするプラズマ発生装置１。【選択図】図１
2015118766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低誘電体層と、
前記低誘電体層を挟むように設けられた第１電極及び第２電極と、
前記第１電極及び前記低誘電体層の間に設けられた第１高誘電体層と、
前記第２電極及び前記低誘電体層の間に設けられた第２高誘電体層とを備え、
前記第１高誘電体層及び前記第２高誘電体層の間にプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
前記第１高誘電体層及び前記第２高誘電体層が、一方向に延びる側面を有し、その側面であって前記低誘電体層の近傍に電界集中部が形成されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記電界集中部に微小な凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記微小な凹凸の凸の高さは、１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記微小な凹凸は、前記第１高誘電体層及び前記第２高誘電体層の表面を粗くすることにより構成されることを特徴とする請求項２記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記表面の粗さは、平均粗さが１μｍ以上１００μｍ以下、平均間隔が１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項４記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記電界集中部に前記第１高誘電体層及び前記第２高誘電体層とは比誘電率の異なる部分が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記低誘電体層が一方向に延びる側面を有し、
前記第１高誘電体層及び第２高誘電体層の側面と、前記低誘電体層の側面に空気を流すための送風機構をさらに備える請求項１、２、３、４、５又は６記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記第１高誘電体層及び第２高誘電体層の比誘電率が、１００以上、好ましくは１０００以上であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記低電体層の比誘電率が、３０以下、好ましくは１０以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記低誘電体層の厚みが１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記第１高誘電体層及び前記第２高誘電体層の側面から、前記第１電極及び前記第２電極の側面までの距離が、２５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気の清浄、除菌、殺菌、脱臭等に用いられるイオンやラジカル（以下、活性種ともいう）を生成するためのプラズマを発生させるプラズマ発生装置として、例えば特許文献１記載のものがある。特許文献１記載のプラズマ発生装置は、複数の貫通孔を有する２枚の電極を、該貫通孔同士の位置が一致するように平行に配置するとともに、一方の電極にポーラスな誘電体膜が露出して形成されている。
【０００３】
ところで、特許文献１記載のプラズマ発生装置では、電極が対向する領域に滞留する空気がプラズマによってオゾン化してしまい、オゾンの発生量が増加するという課題があった。
【０００４】
そこで、オゾンの発生量を抑えたプラズマ発生装置として、例えば特許文献２記載のものがある。特許文献２記載のプラズマ発生装置では、電極が対向する領域に低誘電体層を配置して空気を滞留できないように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０８１１３４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２６４２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２記載のプラズマ発生装置では、電極間に低誘電体層を配置したため、プラズマを発生させるための放電電圧が高くなり、対向する電極間で火花放電等の異常放電が発生しやすく、安定的な放電が得られないという問題が生じている。
【０００７】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、オゾン発生を抑制することができるとともに、安定的な放電が得られるプラズマ発生装置を提供することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプラズマ発生装置は、低誘電体層と、前記低誘電体層を挟むように設けられた第１電極及び第２電極と、前記第１電極及び前記低誘電体層の間に設けられた第１高誘電体層と、前記第２電極及び前記低誘電体層の間に設けられた第２高誘電体層とを備え、前記第１高誘電体層及び前記第２高誘電体層の間にプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、前記第１高誘電体層及び前記第２高誘電体層が、一方向に延びる側面を有し、その側面であって前記低誘電体層の近傍に電界集中部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成することで、低誘電体層を挟んで設けられた第１高誘電体層及び第２高誘電体層の間にプラズマを発生させる構成としているので、流通する空気と接触する部分にのみプラズマを発生させることができ、オゾンの発生を抑制することができる。また、不必要な部分にプラズマを生じさせないので、電力効率を向上させることができる。加えて、電界集中部を設けて放電を起こり易くすることで、電界集中部がない場合と比べて放電電圧を下げることができ、火花放電等の異常放電が生じることを防ぐことができる。
【００１０】
前記電界集中部には、微小な凹凸が設けられていることが好ましく、この微小な凹凸により電界が集中するため放電をさらに起こり易くすることができる。この微小な凹凸の凸の高さは１μｍ以上１００μｍ以下となるように構成される。また、微小な凹凸は、第１高誘電体層及び第２高誘電体層の表面を粗くすることにより構成されていてもよい。この場合、表面の粗さは、平均粗さ（Ｒｍ）が１μｍ以上１００μｍ以下、平均間隔（Ｓｍ）が１μｍ以上１００μｍ以下となるように構成される。
【００１１】
放電をより起こり易くする別の構成としては、前記電界集中部に前記第１高誘電体層及び前記第２高誘電体層とは比誘電率の異なる部分を設けているものを挙げることができる。
【００１２】
前記低誘電体層が一方向に延びる側面を有し、前記第１高誘電体層及び第２高誘電体層の側面と、前記低誘電体層の側面に空気を流すための送風機構をさらに備えれば、電界集中領域で発生したプラズマを空気と接触させてイオン等の活性種を生成し、この活性種を送風機構から送られる風にのせて任意の空間へ放出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、オゾン発生を抑制することができるとともに、安定的な放電を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマ発生装置の断面図。
【図２】本発明の第２実施形態にかかるプラズマ発生装置の断面図。
【図３】低誘電体層と電極にかかる電圧の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明に係るプラズマ発生装置１の第１実施形態について説明する。
【００１６】
第１実施形態におけるプラズマ発生装置１は、図１に示すように、低誘電体層４と、低誘電体層４を挟むように設けられた第１電極２ａ及び第２電極２ｂと、第１電極２ａ及び低誘電体層４の間に設けられた第１高誘電体層３ａと、第２電極２ｂ及び低誘電体層４の間に設けられた第２高誘電体層３ｂと、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの側面と低誘電体層４の側面に空気を流すための図示しない送風機構とを備える。
【００１７】
低誘電体層４は、一方向に延びる側面を有する平板形状をなすものであって、比誘電率が、３０以下、好ましくは１０以下である材料から構成されるとともに、その厚みが１０μｍ以上１００μｍ以下となるように構成されている。
【００１８】
第１電極２ａ及び第２電極２ｂは平板状をなすものであって、その幅は、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの幅よりも小さくなるように構成されている。また、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの側面と高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの側面との距離は、２５μｍ以上１００μｍ以下となるように構成されている。
【００１９】
第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂは、一方向に延びる側面を有する平板形状をなすものであって、比誘電率が１００以上、好ましくは１０００以上である材料から構成される。そして、その側面であって低誘電体層４の近傍に電界集中部５が形成されている。
【００２０】
電界集中部５は、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂと一体的に設けられているものであって、その断面視形状において低誘電体層４の側面よりも突出するように構成されている。本実施形態では、断面視半円形状をなすとともにその表面に微小な凹凸が設けられているものである。この微小な凹凸の第１高誘電体層３ａ又は第２高誘電体層３ｂの表面から凸の先端面までの高さは１μｍ以上１００μｍ以下となるように構成される。
【００２１】
また、微小な凹凸は、第１高誘電体層３ａ又は第２高誘電体層３ｂの表面を粗くすることにより構成されていてもよい。この場合、表面の粗さは、平均粗さ（Ｒｍ）が１μｍ以上１００μｍ以下、平均間隔（Ｓｍ）が１μｍ以上１００μｍ以下となるように構成される。
【００２２】
そして、第１電極２ａ及び第２電極２ｂに電圧を印加すると、電界集中部５により電界が集中し、この部分をきっかけにして放電が発生する。すると、この放電によって第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの間にプラズマが発生し、このプラズマと空気とが反応することによって、イオンやラジカル（以下、活性種ともいう）が発生する。そして、送風機構によって、発生した活性種が任意の空間に放出される。
【００２３】
ここで、第１電極２ａ及び第２電極２ｂに印加される電圧は、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの比誘電率と厚み、及び、低誘電体層４の比誘電率と厚みによって決定されるものである。この相関関係について以下に記載する。
【００２４】
第１電極２ａ及び第２電極２ｂに印加される電圧Ｖと、低誘電体層４の表面に現れる電圧ＶεＬは、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの比誘電率εＨ及び高誘電体層の厚みｄεＨ、低誘電体層４の比誘電率εＬ及び低誘電体層の厚みｄεＬを用いて以下の式で表される。
ＶεＬ＝｛εＨ×ｄεＬ／（εＨｄεＬ＋２εＬｄεＨ）｝×Ｖ・・・（１）
【００２５】
また、空気に対する放電ギャップｄｐｌａｓｍａと放電開始電圧Ｖｓｔａｒｔは、Ｐａｓｈｅｎの法則から以下のように求めることができる。
Ｖｓｔａｒｔ＝Ｐ０Ａｄｐｌａｓｍａ／ｌｎ（Ｐ０Ｂｄｐｌａｓｍａ／ｌｎ（１＋（１／γ）））
・・・（２）
なお、Ａ、Ｂは定数、Ｐ０は大気圧、γは二次電子放出係数を示す。
【００２６】
ＶεＬ＝Ｖｓｔａｒｔ、ｄεＬ＝ｄｐｌａｓｍａとして、これを上記（１）、（２）式に再度代入すると、理想条件下で第１電極２ａ及び第２電極２ｂに放電を起こすために印加する必要のある電圧Ｖが、以下の式で表される。
Ｖ＝（εＨｄεＬ＋２εＬｄεＨ）Ｐ０Ａ／εＨ（ｌｎ（Ｐ０Ｂｄｐｌａｓｍａ／ｌｎ（１＋（１／γ））））・・・（３）
【００２７】
上記（３）式に、ｄεＨ＝２３０μｍ、εＨ＝２０００、εＬ＝１０として、電圧と低誘電体層４の厚みとの関係を図３に表されるグラフに示す。
実際の電極は理想条件とは異なるため、図３に示すグラフよりも高い電圧が必要となることを考慮すれば、第１電極２ａ及び第２電極２ｂに印加する電圧を１０００Ｖとする場合、低誘電体層４の厚みは１０μｍ〜１００μｍにすればよいことが分かる。また、安全性の観点から電極間に印加する電圧を７００Ｖ以下にするほうが良いことを考慮すると、低誘電体層４の厚みは、１０μｍ〜５０μｍの間に設定することが好ましいことが分かる。
【００２８】
このように、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの比誘電率と厚み、及び、低誘電体層４の比誘電率と厚みを適宜設定することで、第１電極２ａ及び第２電極２ｂに印加される電圧を決定することができる。
【００２９】
上述したように構成した第１実施形態のプラズマ発生装置１では、低誘電体層４を挟んで設けられた第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの間にプラズマを発生させる構成としているので、流通する空気と接触する部分にのみプラズマを発生させることができ、オゾンの発生を抑制することができる。また、不必要な部分にプラズマを生じさせないので、電力効率を向上させることができる。
【００３０】
加えて、電界集中部５を設けて放電を起こり易くすることで、電界集中部５がない場合と比べて放電電圧を下げることができ、火花放電等の異常放電が生じることを防ぐことができる。
【００３１】
さらに、電界集中部５に微小な凹凸が設けられていることによって、この微小な凹凸により電界が集中するため放電をより起こり易くすることができる。
【００３２】
加えて、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの幅は、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの幅よりも小さくなるように構成されているので、積層された状態において、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの側面は、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂの側面よりも内側に配置されている。そのため、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの間で直接的に金属間放電が生じることを確実に防ぐことができる。
【００３３】
次に、本発明に係るプラズマ発生装置１の第２実施形態について説明する。
なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３４】
本発明の第２実施形態に係るプラズマ発生装置１は、図２に示すように、電界集中部１０に第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂとは比誘電率の異なる部分を設けている点が、第１実施形態と異なる。
【００３５】
この第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂとは比誘電率の異なる部分は、電界集中部１０に設けられた穴部に、第１高誘電体層３ａ及び第２高誘電体層３ｂよりも比誘電率が高い高誘電体材料が嵌め込まれることにより構成されたものである。このとき、高誘電体材料は、その一部が低誘電体層４の側面よりも突出するように嵌めこまれている。なお、本実施形態では、電界集中部１０は断面視形状において矩形形状をなすものである。
【００３６】
上述したように構成した第２実施形態のプラズマ発生装置１においても、電界集中部に設けた比誘電率の異なる部分に電子が溜まりやすくなり放電が起こり易くなって、放電電圧を下げることができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。
【００３８】
上記実施形態では、電界集中部は、断面視形状において低誘電体層の側面から突出するものであるが、低誘電体層と面一となるように構成されていてもよい。その場合、電界集中部は微小な凹凸が設けられているか、又は、第１高誘電体層及び第２高誘電体層とは比誘電率の異なる部分が用いられていればよい。
【００３９】
本発明は、その趣旨に逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・プラズマ発生装置
２ａ・・第１電極
２ｂ・・第２電極
３ａ・・第１高誘電体層
３ｂ・・第２高誘電体層
４・・・低誘電体層
５・・・電界集中部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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