(57)【要約】【課題】オゾン発生量を安定して供給でき、部分放電が発生せず、オゾン生成効率が良く寿命の長いオゾン発生素子を得る。【解決手段】本発明のオゾン発生素子は、誘電体１０と、誘電体の一方の面に固定され高周波高電圧電源に接続された放電電極１と、誘電体の他方の面に固定された対向電極２と、放電電極の放電空間側を覆った天然マイカ３とを有し、誘電体にセラミックスを充填したエポキシ樹脂を用いたものである。また、セラミックスの粒径を、０．００１ｍｍ〜０．０５ｍｍ、セラミックスの充填率を、エポキシ樹脂の２０重量％〜８０重量％としてもよい。天然マイカと放電電極と対向電極とを金型の所定の位置に配置したのち金型を組み立て、エポキシ樹脂を前記金型に流し込んで成型してもよいし、成型用の金型の一部を対向電極として用いてもよい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体と、前記誘電体の一方の面に固定され高周波高電圧電源に接続された放電電極と、前記誘電体の他方の面に固定された対向電極と、前記放電電極の放電空間側を覆った天然マイカとを有したオゾン発生素子において、
前記誘電体にセラミックスを充填したエポキシ樹脂を用いたことを特徴とするオゾン発生素子。
【請求項２】
誘電体と、天然マイカの間に挟まれ前記誘電体の一方の面に固定され高周波高電圧電源に接続された放電電極と、前記誘電体の他方の面に固定された対向電極とを有したオゾン発生素子において、
前記誘電体にセラミックスを充填したエポキシ樹脂を用いたことを特徴とするオゾン発生素子。
【請求項３】
前記セラミックスの粒径が、０．００１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生素子。
【請求項４】
前記セラミックスの充填率が、エポキシ樹脂の２０重量％以上８０重量％以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のオゾン発生素子。
【請求項５】
前記セラミックスの熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のオゾン発生素子。
【請求項６】
天然マイカと放電電極と対向電極とを金型の所定の位置に配置したのち金型を組み立て、エポキシ樹脂を前記金型に流し込んで成型することを特徴とするオゾン発生素子。
【請求項７】
前記成型用の金型の一部を対向電極として用いることを特徴とする請求項６記載のオゾン発生素子。
【請求項８】
前記成型用の金型の一部を筐体として用いることを特徴とする請求項６または７記載のオゾン発生素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沿面放電によりオゾンを発生させるオゾン発生素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、沿面放電式のオゾン発生素子として図８に示すような構成のものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−５９７０１号公報
【０００４】
図８において、１は高周波高電圧電源（図示しない）に接続された放電電極、２は接地された対向電極、３は放電電極１を覆っている天然マイカ、４は集成マイカからなる誘電体、５は対向電極２を固定する絶縁板、６は天然マイカの剥離を防ぐためのマイカ押さえである。
天然マイカは絶縁破壊電圧値が大きく耐コロナ性や耐オゾン性に優れているので、放電電極１の放電側に設けることで、放電電極１の劣化や放電生成物の付着による劣化がなくオゾン発生量が安定でかつ、耐久性に優れたオゾン発生素子を提供できる。
集成マイカは加工性に優れ天然マイカとの接着性も良くかつ、安価であることから誘電体４に用いている。誘電体４の厚さは、集成マイカの耐電圧を考慮して０．２ｍｍないし０．５ｍｍとしている。
このようにして形成したオゾン発生素子の放電電極１に高周波高電圧を印加すると、放電電極１の端面に沿って天然マイカ表面に放電が発生しオゾンが生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、オゾン発生量を多くするために印加電圧を高くすると放電による発熱も大きくなってしまう。この熱を放出するには誘電体を通して対向電極側に熱を伝え放熱することが必要であるが、集成マイカでは熱伝導が不十分であり、放電空間の温度が上昇してしまう。その結果、一旦できたオゾンが分解され、オゾン発生量が急激に減少するという問題がある。
また、熱プレスにより接着しているので、天然マイカと放電電極との間または誘電体と放電電極との間にわずかにボイドなどの空隙が残ってしまう。また、オゾン発生素子を筐体に組み込む際に接着部が剥離し、ボイドが発生することがある。これらのボイドが存在すると、高周波高電圧を印加したときに部分放電が発生する。その結果、オゾン生成効率が低下したり、誘電体である集成マイカが劣化し絶縁破壊に至るという問題がある。
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、高周波高電圧を印加してもオゾン発生量を安定して供給でき、部分放電が発生せず、オゾン生成効率が良く寿命の長いオゾン発生素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、誘電体と、前記誘電体の一方の面に固定され高周波高電圧電源に接続された放電電極と、前記誘電体の他方の面に固定された対向電極と、前記放電電極の放電空間側を覆った天然マイカとを有したオゾン発生素子において、前記誘電体にセラミックスを充填したエポキシ樹脂を用いたものである。
また、本発明は、誘電体と、天然マイカの間に挟まれ前記誘電体の一方の面に固定され高周波高電圧電源に接続された放電電極と、前記誘電体の他方の面に固定された対向電極とを有したオゾン発生素子において、前記誘電体にセラミックスを充填したエポキシ樹脂を用いたものである。
前記セラミックスは、粒径が、０．００１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下であることが良く、充填率はエポキシ樹脂の２０重量％以上８０重量％以下であることが適している。また、セラミックスとしては熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが適している。
また、天然マイカと放電電極と対向電極とを金型の所定の位置に配置したのち金型を組み立て、エポキシ樹脂を前記金型に流し込んで成型するものである。
さらに、成型用の金型の一部を対向電極として用いたり、筐体として用いるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示すオゾン発生素子の側断面図である。図において、１０はセラミックスを充填したエポキシ樹脂からなる誘電体である。その他の形状および符号は、従来例と同じである。
天然マイカ３の厚さは、０．０２ないし０．０３ｍｍとし、誘電体１０の厚さは０．３５ないし０．４ｍｍとした。放電電極１と対向電極２にはＳＵＳ３１６の薄板を用いた。セラミックスは、粒径は０．００１ｍｍから０．０５ｍｍの範囲の種々の大きさのアルミナを用いた。
オゾン発生素子は、図２の金型を用いてつぎのようにして形成した。
▲１▼天然マイカ３の表面に所定の形状の放電電極１を、ワニスを用いて仮止めし、金型２１ａの内側面に天然マイカ３を固定した。
▲２▼絶縁板５の表面に所定の形状の対向電極２をワニスを用いて仮止めし、金型２１ｂの内側面に絶縁板５を固定して金型２１を組み立てた。
▲３▼エポキシ樹脂にアルミナ粒子を５０重量％配合し、所定量の硬化剤を加えて樹脂注入口２２から注入した。
▲４▼加熱炉内で所定の条件で加熱硬化させ、冷却後、金型２１を取り外した。
▲５▼マイカ押さえ６を張り付け完成させた。
つぎに効果について調べた。
オゾン発生素子をチャンバに入れ、放電電極１と対向電極２間に周波数１０ｋＨｚの高周波高電圧を印加して沿面放電を発生させ、印加電圧とオゾン発生量の関係を調べた。
図３は、本実施形態のオゾン発生素子と従来のオゾン発生素子の、印加電圧とオゾン発生量の関係を示す特性図である。
その結果、従来のオゾン発生素子は、電圧が高くなるとオゾン発生量が急激に低下していたが、本実施形態では高電圧領域でも安定してオゾンが生成されており、エポキシ樹脂にセラミックスを充填した効果が確認できた。
アルミナの粒径は０．００１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下が適している。０．００１ｍｍ以下では充填後のエポキシ樹脂の粘度が高くなり、金型に流し込むことが難しい。また、気泡を巻き込みやすくボイドとなってオゾン発生素子の寿命低下につながる。逆に粒径が０．０５ｍｍ以上になるとアルミナ粒子が均一に分布しにくくなる。
アルミナ粒子の充填率は、エポキシ樹脂に対して２０重量％以上８０重量％以下が適している。２０重量％以下では熱伝導率は１０％程度しか向上せず、放熱の効果が小さい。逆に８０重量％以上では充填後のエポキシ樹脂の粘度が高くなり、金型に流し込むことが難しい。また、気泡を巻き込みやすくボイドとなってオゾン発生素子の寿命低下につながる。
なお、本実施形態では、セラミックスとしてアルミナを用いたが、結晶性シリカなど熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスなら良い。熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以下だとエポキシ樹脂に充填しても熱伝導率は数％しか改善されず、放熱の効果が小さい。
【０００８】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態を示すオゾン発生素子の側断面図である。図において、１１は２枚の天然マイカの間に放電電極１を挟んで張り合わせるための接着剤である。その他の符号は、第１の実施形態と同じである。
本実施形態は、対向電極２を第１の実施形態より大きくし、中、大容量化したものである。対向電極２を大きくすることにより、放電による発熱を逃がしている。
天然マイカ３の１枚の厚さは、第１の実施例と同様に０．０２ないし０．０３ｍｍとし、誘電体１０の厚さは０．３ないし０．３５ｍｍとした。放電電極１には厚さ０．０００１ｍｍの金の薄膜を用い、対向電極２には厚さ５ｍｍのＳＵＳ３１６板を用いた。セラミックスは、第１の実施形態と同じく粒径０．００１ｍｍから０．０５ｍｍの範囲の種々の大きさのアルミナのを用いた。
つぎにオゾン発生素子の成型方法について述べる。
オゾン発生素子は、図５に示す金型を含めた型を用いて形成した。一方の天然マイカ表面に所定の形状の放電電極１を蒸着法により形成した。他方の天然マイカ表面に接着剤１１を塗布した後、放電電極を形成した天然マイカと重ねて熱プレスで張り合わせた。金型２１ａの内側面に天然マイカ３を固定し、金型２１ｂの内側面に対向電極２を固定して金型を組み立てた。エポキシ樹脂にアルミナ粒子を５０重量％混合撹拌し、所定量の硬化剤を入れて樹脂注入口２２から注入した。加熱炉内で所定の条件で加熱硬化し、冷却後金型を取り外してオゾン発生素子を取り出した後、マイカ押さえ６を張り付けた。
このようにして作製したオゾン発生素子の効果を調べた。
オゾン発生素子をチャンバに入れ、放電電極１と対向電極２間に高周波高電圧を印加すると沿面放電が発生しオゾンが生成させ、印加電圧とオゾン発生量の関係を調べた。
その結果、第１の実施形態と同様にエポキシ樹脂にセラミックスを充填した効果が確認できた。また、本実施形態では放電電極１と誘電体１０の間にも天然マイカ３があるので、トラッキングが生じないという効果もある。
【０００９】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態を示す成型時の側断面図である。１２は金型を兼ねた対向電極である。
天然マイカ３の表面に所定の形状の放電電極１を蒸着法により形成し、他方の天然マイカ表面に接着剤１１を塗布した後、放電電極１を形成した天然マイカ３と重ねて熱プレスで張り合わせた。金型２１ａの内側面に天然マイカ３を固定し、金型２１を組み立てた。なお、対向電極１２には離型剤を塗布しない。エポキシ樹脂に粒径が０．０１から０．０３ｍｍのアルミナ粒子をエポキシ樹脂に対して５０重量％混合撹拌し、硬化剤を入れて樹脂注入口２２から注入した。加熱炉内で所定の条件で加熱硬化し、冷却後金型２１を取り外してオゾン発生素子を取り出した後、マイカ押さえ６を張り付けた。
つぎに、部分放電開始電圧および絶縁抵抗により効果を調べた。
オゾン発生素子の部分放電開始電圧を測定した結果、従来のオゾン発生素子の部分放電開始電圧は１０ｋＶｐｐ以下が約５％あったが、本実施形態のオゾン発生素子はすべて１５ｋＶｐｐ以上であり、良好であった。
また、３０００時間の耐久試験後に誘電体の絶縁抵抗を測定した結果、初期と同等の値を示し劣化のないことがわかった。
本発明により、はじめから熱容量の大きい対向電極を形成できるので、オゾン発生素子をヒートシンクに固定する必要が無くなる。また、工程を減らせることで、加工中に生じる内部のボイドやクラックを防ぐことができる。
【００１０】
（第４の実施形態）
図７は本発明の第４の実施形態の成型時の側断面図である。
形成方法は第３の実施形態と同じであるが、対向電極１２ならびに筐体１３には離型剤を塗布しない。
つぎに、部分放電開始電圧および絶縁抵抗により効果を調べた。
その結果、第３の実施形態と同じく本実施形態のオゾン発生素子はすべて１５ｋＶｐｐ以上であり、良好であった。
また、３０００時間の耐久試験後に誘電体の絶縁抵抗を測定した結果においても、第３の実施形態と同じく初期と同等の値を示し劣化のないことがわかった。
本発明により、金型の一部を交換するだけでオゾン発生器として使用でき、製造工程を少なくできる。その結果、加工中に生じる内部のボイドやクラックを防ぐことができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のオゾン発生素子は、誘電体であるエポキシ樹脂にセラミックスを充填しているので熱伝導率が良くなり、放電による熱を放出できるので、オゾンを安定して供給できる。また、一体成型することによりボイドレス化が可能になり部分放電の発生を防ぐことができるので、オゾン生成効率の低下を抑制でき、長寿命のオゾン発生素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すオゾン発生素子の側断面図。
【図２】第１の実施形態に用いた金型を含む成形前のオゾン発生素子の側断面図。
【図３】本発明の効果を示す印加電圧とオゾン発生量の関係を示す特性図。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すオゾン発生素子の側断面図。
【図５】第２の実施形態に用いた金型を含む成形前のオゾン発生素子の側断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に用いた金型を含む成形前のオゾン発生素子の側断面図。
【図７】本発明の第４の実施形態に用いた金型を含む成形前のオゾン発生素子の側断面図。
【図８】従来のオゾン発生素子を示す側断面図。
【符号の説明】
１  放電電極
２、１２  対向電極
３  天然マイカ
４、１０  誘電体
５  絶縁板
６  マイカ押さえ
１１  接着剤
１３  筐体
２１  金型
２２  樹脂注入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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