(57)【要約】【課題】低電圧駆動が可能で、かつ、安定した放電特性を維持することができるイオン発生素子を提供する【解決手段】誘電保護層１４に被覆された互いに対向する２以上の対向電極１３を備え、これらの対向電極１３における各々の１の対向電極１３ａに、他の対向電極１３ｂと互いに対向するような先鋭部１３ｐを設けたことを特徴とするイオン発生素子。ここで、対向電極１３は薄膜形成プロセスにより形成することができる。また、誘電保護層１４は、ポリイミドを含有する化合物および／またはチタン元素を含有する化合物で形成することができる。また、チタン元素を含有する化合物としてＴｉＯ２を用いることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電保護層に被覆された互いに対向する２以上の対向電極を備え、前記対向電極における各々の１の対向電極に、他の対向電極と互いに対向するような先鋭部を設けたことを特徴とするイオン発生素子。
【請求項２】
対向電極が薄膜形成プロセスにより形成されている請求項１に記載のイオン発生素子。
【請求項３】
誘電保護層がポリイミドを含有する化合物および／またはチタン元素を含有する化合物で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素子。
【請求項４】
チタン元素を含有する化合物がＴｉＯ２を含有する化合物である請求項３に記載のイオン発生素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、空気中の浮遊細菌を殺菌したり、空気中の有害物質を除去するための正負両イオンを発生するイオン発生素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
事務所や会議室などの換気の少ない密閉化された部屋では、部屋の中にいる人の数が多いと、呼吸により排出される二酸化炭素、タバコの煙、ほこりなどの空気汚染物質が増加するため、人間をリラックスさせる効能を有する負イオンが空気中から減少する。特に、タバコの煙によって負イオンが多量に失われ、通常の１／２〜１／５程度にまで減少することがある。
【０００３】
しかし、空気中に負イオンだけを補給しても、空気中の浮遊細菌を殺菌したり、空気中の有害物質を積極的に除去することはできない。
【０００４】
そこで、近年では、空気中に、正イオンとしてＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｎ（ｎは０または自然数）、負イオンとしてＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｍ（ｍは０または自然数）を形成させ、上記正負両イオンの化学反応によって生じる活性種である過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）および／または水酸化ラジカル（・ＯＨ）によって、空気中の浮遊細菌を殺菌することができるイオン発生素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１に開示されたイオン発生素子は、図２を参照して、誘電体２１の内部に形成された内部電極２２と上記誘導体２１の表面に形成された表面電極２３とを備えたものであり、内部電極２２と表面電極２３との間に交流電圧を印加することにより、大量の正イオンおよび負イオンを発生させる。また、かかるイオン発生素子は、図２を参照して、下部誘電体２１ａとなるＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）基板上にＷ（タングステン）からなる内部電極２２をスクリーン印刷し、この内部電極２２上に上部誘電体２１ｂとしてＡｌ２Ｏ３を積層し、この上部誘電体２１ｂ上にＷからなる表面電極２３をスクリーン印刷した後、上記表面電極２３および上部誘電体２１ｂをＡｌ２Ｏ３からなる誘電保護層２４で被覆することにより形成される。
【０００６】
図２を参照して、特許文献１に開示されたイオン発生素子においては、表面電極２３には先鋭部２３ｐが設けられてあるが、内部電極２２には先鋭部が設けられていないため、大きな駆動電圧が必要となり、イオン発生素子の大型化に伴うコストの増大が大きい。また、表面電極２３の形成に際し、スクリーン印刷方式を採用しているため、上記先鋭部２３ｐにおける先端形状の素子間のバラツキが大きく、個々の素子の先端形状エッジが不鮮明となり、製品の歩留まりが小さい。さらに、表面電極の先鋭部上の誘電保護層表面に大気中に浮遊する有機物（特に、タバコの煙など）が付着しやすく、かかる付着により放電特性が劣化し、イオン放出量が低下するなどの問題点があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００３−４７６５１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を解決するため、本発明は、低電圧駆動が可能で、かつ、安定した放電特性を維持することができるイオン発生素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかるイオン発生素子は、誘電保護層に被覆された互いに対向する２以上の対向電極を備え、これらの対向電極における各々の１の対向電極に、他の対向電極と互いに対向するような先鋭部を設けたことを特徴とする。ここで、本発明にかかるイオン発生素子の対向電極は、薄膜形成プロセスにより形成することができる。また、本発明にかかるイオン発生素子の誘電保護層は、ポリイミドを含有する化合物および／またはチタン元素を含有する化合物で形成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるイオン発生素子は、図１を参照して、誘電保護層１４に被覆された互いに対向する２以上の対向電極１３（１の対向電極１３ａおよび他の対向電極１３ｂ）を備え、これらの対向電極１３における各々の１の対向電極１３ａに、他の対向電極１３ｂと互いに対向するような先鋭部１３ｐを設けたものである。
【００１１】
放電に関わる電極を対向させ、かかる対向電極１３に互いに対向するような先鋭部１３ｐが設けられていることにより、この先鋭部１３ｐに電界が集中するため、イオン発生素子を低電圧で駆動させることができる。ここで、先鋭部１３ｐとは対向電極の一部分であって、放電が容易になるように先端部を尖った形状にしたものをいう。先鋭部１３ｐの形状には、放電が容易になるような形状であれば特に制限はなく、たとえば先端が尖った楔形形状のものが好ましく設けられる。
【００１２】
本発明にかかるイオン発生素子は、図１に示すように、たとえば、Ａｌ２Ｏ３などからなる基板１１上にＣｕ（銅）からなる電界シード層１２（１の電界シード層１２ａおよび電界シード層１２ｂ）が形成され、上記電界シード層１２（１の電界シード層１２ａおよび他の電界シード層１２ｂ）上にＮｉ（ニッケル）からなる対向電極１３（１の対向電極１３ａおよび他の対向電極１３ｂ）が形成されており、上記電界シード層１２および対向電極１３が誘電保護層１４によって被覆されている。
【００１３】
上記イオン発生素子は、対向電極１３の１の対向電極１３ａと他の対向電極１３ｂとの間に交流電圧を引加することにより、放電領域２で放電が生じて、正イオンおよび負イオンが発生する。
【００１４】
上記のような本発明にかかるイオン発生素子における対向電極は、本発明の目的に反しない限り種々のプロセスを用いて形成することが可能であるが、たとえば、以下のような薄膜形成プロセスを用いることが好ましい。従来のスクリーン印刷では電極の先鋭部のエッジが不明瞭になるのに対し、薄膜形成プロセスを用いることにより対向電極の先鋭部のエッジが明瞭に形成されるため、先鋭部への電界の集中がさらに容易になり、イオン発生素子を低電圧で駆動させることができる。
【００１５】
本発明にかかるイオン発生素子の対向電極を形成する薄膜形成プロセスの一例を、図３を参照しながら説明する。まず、図３（ａ）を参照して、Ａｌ２Ｏ３からなる基板１１上に、無電解めっき法によりＣｕからなる電界シード層１２を全面に形成する。次に、図３（ｂ）を参照して、フォトレジスト１６を用いて電極形状をパターニングする。次いで、図３（ｃ）を参照して、電界シード層１２上に、電気めっきによりＮｉからなる対向電極１３を形成する。この後、フォトレジスト１６を剥離し、電界シード層１２においてその上に対向電極１３が形成されていない部分をエッチングにより除去する。さらに、図３（ｄ）を参照して、基板１１、電界シード層１２および対向電極１３をスピンコータ（図示せず）などを用いて液体状の誘電保護層用材料で被覆し、その後焼成などにより固化させて誘電保護層１４を形成する。
【００１６】
本実施形態においては、基板１１としてＡｌ２Ｏ３を、電界シード層１２としてＣｕを、対向電極１３としてＮｉをそれぞれ用いたが、これらの材料に限定されず、基板としては絶縁性を有するもの、電界シード層としては対向電極を形成する際に電気めっきの材料となり得るもの、対向電極としては導電性を有するものであれば足りる。
【００１７】
本発明にかかるイオン発生素子における誘電保護層としては、特に制限はなく、有機材料としてはポリイミド、ガラスエポキシなどの耐酸化性に優れた材料が好ましく、無機材料としてはＡｌ２Ｏ３、結晶化ガラス、ＴｉＯ２（酸化チタン）、ＴｉＯ３（過酸化チタン）、ＢａＴｉＯ（チタン酸バリウム）３、ＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）などが好ましく用いられる。ここで、ポリイミドとしては、低温（たとえば、１６０℃〜１８０℃）でも焼成が可能な低温焼成型ポリイミドが特に好ましい。また、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３などのチタン（Ｔｉ）元素を含有する化合物のように誘電率が高いものを用いると、大気下における電界強度が大きくなるため、低電圧駆動化を図ることができる点で好ましい。また、誘電保護層は、有機材料であるポリイミドまたは無機材料であるチタン元素を含む化合物を単独で用いても、両者を併用して用いてもよい。
【００１８】
また、上記誘電保護層として、チタン元素を含有する化合物を用いる場合、ＴｉＯ２を含有する化合物を用いると、イオン発生素子の対向電極間の放電によって生じたプラズマ紫外線により光触媒機能を発現し、誘電保護層表面に堆積する大気中の有機物などを分解除去し、安定した放電を維持することにより、イオン放出量を安定に維持することができる。対向電極の先鋭部には電界が集中するため、対向電極の先鋭部近傍の誘電保護層表面には、大気中の有機物などが堆積しやすく、イオン放出量低下の大きな原因となっているが、ＴｉＯ２を含有する化合物を誘電保護層として用いることにより、ＴｉＯ２の光触媒機能により上記堆積有機物を効果的に分解除去し、イオン放出量を安定に維持することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１を参照して、大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さが０．６３５ｍｍのＡｌ２Ｏ３からなる基板１１上に、縦方向長さＬが８ｍｍ、横方向長さＷ１が２ｍｍ、先鋭部長さＷ２が２ｍｍおよび厚さが２μｍ〜３μｍのＣｕからなる電界シード層１２を形成し、さらにその電界シード層１２上に、縦方向長さＬが８ｍｍ、横方向長さＷ１が２ｍｍ、先鋭部長さＷ２が２ｍｍおよび厚さが２０μｍのＮｉからなる対向電極１３を形成し、上記電界シード層１２および対向電極１３を誘電保護層１４として厚さ４０μｍのＡｌ２Ｏ３によって被覆することにより、図１に示すような対向型の電極構造を有するイオン発生素子を作製した。ここで、対向電極１３の間隔（図１におけるＤ）は０．１ｍｍであり、対向電極１３には４対の先鋭部１３ｐを設けた。
【００２１】
図１（ｂ）を参照して、上記イオン発生素子の１の対向電極１３ａと他の対向電極１３ｂとの間に周波数４０ｋＨｚの交流電圧を掛けたときのイオンが発生する放電開始駆動電圧は０．７ｋＶ０Ｐであった。また、駆動電圧が０．９ｋＶ０Ｐにおいては、正イオンおよび負イオンの平均イオン放出量として３万個／ｃｍ３の平均イオン放出量が計測された。イオン放出量の測定は、（株）ダン科学製空気イオンカウンタ（型番８３−１００１Ｂ−ＩＩ）を用いて、１の対向電極１３ａおよび他の対向電極１３ｂから２５ｃｍの位置で移動度１ｃｍ２／（Ｖ・ｓｅｃ）以上のイオンを検出することにより行なった。結果を表１に示す。
【００２２】
（比較例１）
図２を参照して、下部誘電体２１ａとなる大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さが２００μｍのＡｌ２Ｏ３基板上に、Ｗ（タングステン）からなる大きさが１０ｍｍ×３ｍｍ、厚さが２０μｍの内部電極２２をスクリーン印刷し、この内部電極２２上に上部誘電体２１ｂとして大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ（図２におけるＤ）が２００μｍのＡｌ２Ｏ３を積層し、この上部誘電体２１ｂ上にＷ（タングステン）からなる縦方向長さＬが８ｍｍ、横方向長さＷ１が２ｍｍ、先鋭部長さＷ２が４ｍｍおよび厚さが２０μｍの表面電極２３をスクリーン印刷した後、上記表面電極２３および上部誘電体２１ｂを厚さ１０μｍのＡｌ２Ｏ３からなる誘電保護層２３で被覆することにより、図２に示すような従来型の電極構造を有するイオン発生素子を作製した。ここで、表面電極２３には、１４個の先鋭部２３ｐを設けた。
【００２３】
図２（ｂ）を参照して、上記イオン発生素子の内部電極２２と表面電極２３との間に実施例１と同様の条件で交流高電圧を掛けたときのイオンが発生する放電開始駆動電圧は１．１ｋＶ０Ｐであった。また、駆動電圧が１．８ｋＶ０Ｐにおける正イオンおよび負イオンの平均イオン放出量として、２０万個／ｃｍ３の平均イオン放出量が計測された。
【００２４】
（実施例２〜実施例６）
誘電保護層として、Ａｌ２Ｏ３に替えて表１に示す各材料を用いた他は、実施例１と同様にして、対向型の電極構造を有するイオン発生素子を作製し、実施例１と同様の条件で、イオンが発生する放電開始駆動電圧および正イオンおよび負イオンの平均イオン放出量を調べた。結果を表１に示す。なお、実施例３〜実施例６において、ポリイミドまたはＴｉＯ３は、誘電保護層形成の際にはバインダーとしての機能をも果たす。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すように、比較例１、実施例１および実施例２を対比して、従来型の電極構造から対向型の電極（対向電極）構造とし対向電極に互いに対向するような先鋭部を設けることにより、イオン発生素子の放電開始駆動電圧を１．１ｋＶ０Ｐから０．７ｋＶ０Ｐに下げることができた。また、実施例４および実施例５を参照して、誘電保護層にＢａＴｉＯ３を８０モル％含有するイオン発生素子の放電開始駆動電圧は０．７ｋＶ０Ｐ、誘電保護層にＴｉＯ２を８０モル％含有するイオン発生素子の放電開始駆動電圧は０．７ｋＶ０Ｐであった。
【００２７】
なお、実施例５および実施例６における誘電保護層にＴｉＯ２を含有するイオン発生素子は、実施例１〜実施例４および比較例１における誘電保護層にＴｉＯ２を含まないイオン発生素子に比べ、イオン放出量を安定に維持することができた。これは、上記のようにＴｉＯ２の光触媒機能により、対向電極の先鋭部近傍の誘電保護層表面に堆積する大気中の有機物などを効果的に分解除去したためと考えられる。
【００２８】
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】
【図１】（ａ）は本発明にかかる１のイオン発生素子のＩａにおける断面平面図であり、（ｂ）は本発明にかかる１のイオン発生素子の断面図である。
【図２】（ａ）は従来のイオン発生素子のＩＩａにおける断面平面図であり、（ｂ）は従来のイオン発生素子の断面図である。
【図３】本発明にかかる１のイオン発生素子の製造プロセスを説明する図である。
【符号の説明】
１  電気力線、２  放電領域、１０，２０  イオン発生素子、１１  基板、１２  電界シード層、１２ａ  １の電界シード層、１２ｂ  他の電界シード層、１３  対向電極、１３ａ  １の対向電極、１３ｂ  他の対向電極、１３ｐ，２３ｐ先鋭部、１４，２４  誘電保護層、１６  フォトレジスト、２１  誘電体、２１ａ  下部誘電体、２１ｂ  上部誘電体、２２  内部電極、２３  表面電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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