(57)【要約】【課題】  電極の先端部が損傷しても放電開始電圧が上がらず、安定してイオンを発生するイオン発生素子およびイオン発製装置を提供する。【解決手段】  誘電体３と、誘電体３を介して対向する放電電極４及び誘導電極２とを備え、放電電極４に線状電極部４ａが形成され、放電電極４から誘導電極２を見たときに、線状電極部４ａが誘導電極２と重なるように配置されており、線状電極部４ａの線幅は２０μｍ〜１００μｍが好ましい。【選択図】        図１
2007012489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体と、該誘電体を介して対向する放電電極及び誘導電極とを備え、前記放電電極に線状電極部が形成されたことを特徴とするイオン発生素子。
【請求項２】
前記放電電極は、放電電極接点と、該放電電極接点と前記線状電極部との間を接続する導電部を備えたことを特徴とする請求項１記載のイオン発生素子。
【請求項３】
前記放電電極に線状電極部が複数形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のイオン発生素子。
【請求項４】
前記放電電極から誘導電極を見たときに、前記線状電極部が誘導電極に重なるように配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオン発生素子。
【請求項５】
前記線状電極部が、一定の線幅に形成されたことを特徴とする請求１〜４のいずれかに記載のイオン発生素子。
【請求項６】
前記線状電極部の線幅が１００μｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載のイオン発生素子。
【請求項７】
前記放電電極としてＡｕが用いられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のイオン発生素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のイオン発生素子と、該イオン発生素子の前記放電電極と誘導電極とのうち少なくとも一方に電圧を印加する電圧印加手段とを備えていることを特徴とするイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン発生素子、イオン発生素子及びこれを備えたイオン発生装置に関し、より詳細には、沿面放電を利用したイオン発生素子及びこれを備えたイオン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、沿面放電を利用した放電体は、物体の帯電や除電を行なう際のイオン源として利用されている。また、正イオンと負イオンとにより空気中の浮遊菌、カビなどを不活性化できることが報告されている。このため、イオン発生素子は空気清浄機やエアコンなどにも搭載されるようになってきている。このようなイオン発生素子として、電極を保持する誘電体としてアルミナが主成分のセラミックを用いたイオン発生素子が考案され、特許文献１では、三角形状や矩形状の電界集中部を設け、放電開始電圧のばらつきを低減した放電体が考案されている。
【特許文献１】特開平２−１６４３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の電界装置では、放電電極に三角形状の部分を設けて、強い電界集中を起こしているが、三角形状の先端部分は、放電時に生じるイオンによってスパッタリングされ、電極の先端が丸まってしまうことがある。電極の先端が丸まってしまうと強い電界集中を起こすことができなくなり、放電開始電圧が上昇し、イオン発生量が不安定になる、また、イオン発生装置の消費電力が増大するという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明においては、放電開始電圧が上昇することなく、安定してイオンを発生するイオン発生素子およびイオン発生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】
【０００５】
本発明に係るイオン発生素子は、誘電体と、該誘電体を介して対向する放電電極及び誘導電極とを備え、前記放電電極に線状電極部が形成されたことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、線状電極部の先端部に電界が集中することになるが、線状電極部の先端がスパッタリング等によって消耗しても、線状電極部の先端形状は線状のまま変化しないため、放電開始電圧が上昇することなく、イオンを安定的に発生することができる。また、本発明に係るイオン発生素子をイオン発生装置に搭載した場合には、イオン発生装置の消費電力の増大を防ぐことができる。
【０００７】
放電電極としては、電極接点から直接的に線状電極部を配設してもよいが、線状電極部に安定的に電圧を印加するには、電極接点と線状電極部との間を接続する導電部を配設し、線状電極部が導電部から突出するように形成すればよい。導電部は、線状電極部に比べて十分なライン幅とすることで線状電極部に安定的に電圧を印加することが可能となる。また、線状電極部は、放電電極に複数形成することでイオンの発生量を増加させることができる。
【０００８】
線状電極部は、放電電極から誘導電極を見たときに、誘導電極と重なるように配置するのが好ましく、これにより、線状電極部の先端から安定的にイオンを発生させることができる。なお、線状電極部は、少なくとも先端部が誘導電極に重なるように配置すればよいが、線状電極部の消耗を考慮すれば、線状電極部の全部が誘導電極に重なるように配置するのが好ましい。
【０００９】
線状電極部は、線状であればよいが、すべての部分において一定の線幅になるように形成すれば、より安定的に一定の放電開始電圧を維持することができる。電界集中を強めるためには、線状電極部の線幅は１００μｍ以下であることが好ましい。また、線幅が狭くなると線状電極部の消耗が大きくなるため、これを考慮すれば、線幅は数μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましく、２０μｍ〜１００μｍであることがより好ましい。
【００１０】
また、本発明に係るイオン発生素子を用いてイオンを発生させるには、イオン発生素子と、このイオン発生素子の放電電極と誘導電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備えたイオン発生装置を使用すればよく、これにより上述の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、放電電極に線状電極部を形成したため、電極の先端がスパッタリング等によって削られても、電極先端の電界が弱まることはないので、放電開始電圧が上昇することがなく、イオンを安定的に発生することができ、イオン発生装置の消費電力の増大を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態を示すイオン発生素子及びこれを備えたイオン発生装置の平面模式図であり、図２は、図１の線分Ａ−Ａにおける断面模式図である。
【００１３】
図１〜図２に示すように、本発明に係るイオン発生素子１０は、平板状の絶縁基板１と、この基板１上に形成された誘導電極２と、誘導電極２の表面を被覆する誘電体３と、誘電体３の表面に形成された放電電極４とから構成されている。すなわち、誘電体３の表面側に放電電極４が配され、誘電体３の裏面側に誘導電極２が配されており、誘導電極２と放電電極４とは誘電体３を介して対向するように配置されている。
【００１４】
放電電極４は、放電電極接点７と、放電を起こすための線状電極部４ａと、放電電極接点７から線状電極部４ａの間を接続する導電部４ｂとから構成されており、導電部４ｂは線状電極部４ａよりも十分な幅を有する帯状パターンとして形成されている。
【００１５】
より具体的に説明すると、基板１には、誘導電極接点６と、放電電極接点７とが間隔をあけて形成されており、導電部４ｂは、放電電極接点７から誘導電極接点６に向って直線状に形成されている。導電部４ｂには導電部４ｂと直交する方向に一定間隔で線状電極部４ａが複数突出するように形成されている。なお、線状電極部４ａは、導電部４ｂを中心にしてその両側に（線対称位置に）突出するように形成されている。
【００１６】
一方、誘導電極２は、導電部４ｂと同様に、線状電極部４ａよりも十分な幅を有するパターンとして形成されている。そして、誘導電極２は、放電電極４から誘導電極２を見たときに、導電部４ｂと重ならずに、線状電極部４ａの先端部にのみ重なるように、誘導電極接点６を中心として、導電部４ｂの周りを囲むようにＵ字型に形成されている。
【００１７】
また、誘導電極２には、上記Ｕ字型パターンにおいて線状電極部４ａに対向する位置に導電部４ｂに向って突出する凸状部２ａが形成されている。凸状部２ａは、線状電極部４ａに比べて十分幅広に形成されており、これにより、線状電極部４ａは、その先端部から基部近傍までが誘導電極２（凸状部２ａ）に重なるように形成されている。
【００１８】
以上説明したように、放電電極４は、放電電極４から誘導電極２を見たときに、線状電極部４ａのみが誘導電極２に重なるように配置（重畳配置）されている。これにより、線状電極部４ａが放電時のスパッタリングなどにより消耗して短くなった場合でも、その先端部は常に誘導電極２に重なった状態を維持することができ、安定した放電が可能となる。
【００１９】
誘電体３の材料としては、たとえば有機物を用いることができる。誘電体３を構成する有機物としては、耐食性に優れた材料を用いることが好ましい。たとえば、誘電体３の材料として、ポリイミドやガラスエポキシなどの樹脂を用いてもよい。また、誘電体３の材料として無機物を用いる場合、たとえばアルミナ、マグネシア、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアライト、ムライト、ジルコニアなどのセラミックを誘電体３の材料として用いることができる。なお、イオン生成のための放電を行なう際に発生するプラズマに対する耐性を考えた場合には、誘電体３として無機系の材料を用いることが好ましい。
【００２０】
誘導電極２および放電電極４を構成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されることなく使用することができる。また、誘導電極２および放電電極４の形成方法としては、スクリーン印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタリング法など公知の方法を用いることができる。
【００２１】
また、放電電極４を放電時に生じるイオンのスパッタリング等による損傷から保護する目的で、放電電極４の表面を被覆する保護膜５を備えていてもよい。保護膜５は、放電電極４の導電体部分が放電によって損傷しない厚さならば、なるべく薄く形成されることが好ましい。そして、保護膜を構成する材料としては、耐プラズマ性を有する材料であれば任意の材料（たとえばセラミックなどの無機材料など）を用いることができる。例えば、保護膜５を構成する材料として、耐プラズマ性に優れたアルミナや酸化チタンなどの材料を用いることができる。
【００２２】
次に、本発明によるイオン発生素子の製造方法について説明する。厚さ０．８ｍｍのアルミナ基板１上にＡｕペーストをスクリーン印刷し、焼成することによって誘導電極２を形成する。また、基板の下面に誘導電極接点６および放電電極接点７をスクリーン印刷、焼成して形成する。その後、誘導電極２を覆うように基板１上に結晶化ガラスペーストをスクリーン印刷した後、焼成することで誘電体３を形成する。
【００２３】
次に、誘電体３の表面にスクリーン印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタリング法などの方法で、導電体膜を形成する。導電体膜の形成法としては、安価であるスクリーン印刷法が望ましい。本実施例においては、Ａｕペーストをスクリーン印刷した後、焼成することで導電体膜を形成している。
【００２４】
そして、前記導電体膜をフォトリソグラフィ法とエッチング法によりパターン形成することで、幅１００μｍ以下の線状電極部４ａ及び導電部４ｂから構成される放電電極４を形成する。線状電極部４ａの厚み及び長さについては特に限定はないが、１万時間以上の寿命を得るためには、放電時のスパッタリングによる消耗を考慮して、長さ１ｍｍ以上、厚み２μｍ以上であるのが好ましい。
【００２５】
放電電極４を構成する材料としては、導電性を有するものであればどのような材料を用いてもよいが、好ましくは、本実施例のようにイオンによるスパッタに対する耐性に優れたＡｕを主成分とした材料を用いるのがよい。また、Ａｕを主成分とした材料を用いることで、よう素系エッチング液で、ウエットエッチングすることが可能となり、幅１００μｍ以下の線状電極部４ａを備える放電電極４を安価に形成することができる。
【００２６】
その後、必要に応じて放電電極４を覆うように保護膜５を形成して、本発明によるイオン発生素子１０を製造することができる。保護膜５の形成方法としては、ガラスペーストを印刷、焼成する方法や金属アルコキシドを含む溶液に浸した後、乾燥、焼成する方法などを用いることができる。なお、本実施形態においては、イオン発生素子１０として、一対の誘導電極２と放電電極４とを一列に配置したものを使用したが、これに限らず、複数列を並べて配置することも可能であり、これにより、イオン発生量を増大させることが可能となる。
【００２７】
そして、イオン発生素子１０の誘導電極２と放電電極４との間に電圧を印加する構成とすべく、別途に設ける電圧印加回路８を誘導電極接点６と放電電極接点７とに接続すれば本発明に係るイオン発生装置を得ることができる。
【００２８】
ところで、イオン発生素子１０から正負両イオンを発生させるために、電圧印加回路８によって放電電極４と誘導電極２との間に交番電圧を印加してもよい。この交番電圧は、一般的に商用電源に用いられているような正弦波状の交番電圧（以下、交流電圧と称する）に限られず、矩形波状の交番電圧であってもよく、また、他の波形を用いて交番電圧を印加してもよい。
【００２９】
または、イオン発生素子１０を複数個用意して、あるイオン発生素子から正イオン、別のイオン発生素子から負イオンをしてもよい。正イオンを発生させる場合は、放電電極４の電位が誘導電極２の電位よりも高くなるように電圧を印加すればよい。また、負イオンを発生させる場合には、放電電極４の電位が誘導電極２の電位よりも低くなるように電圧を印加すればよい。正イオンと負イオンを別のイオン発生素子から発生させた場合、交番電圧を印加するときに比べて、誘電体表面でイオンが消失することをおさえることができるので、イオンを効率的に発生させることができ、さらに、放電回数が少なくなるのでオゾン等の副生成物の発生量を抑制できる。
【００３０】
上記の構成において、電圧印加回路８を動作させ、放電電極４と誘導電極２との間に高電圧を印加すると、放電電極４近傍でコロナ放電が起こる。これにより、放電電極４の周辺の空気がイオン化され、例えばＨ+（Ｈ2Ｏ）ｍ（ｍは任意の自然数）からなる正イオンと、例えばＯ2-（Ｈ2Ｏ）ｎ（ｎは任意の自然数）からなる負イオンとが発生し、これら両イオンが装置外部に放出される。
【００３１】
これら両イオンが空気中の浮遊細菌または有害物質の表面に付着すると、化学反応を起こして、活性種である過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）または水酸基ラジカル（・ＯＨ）がそれぞれ生成される。これら活性種の分解作用により、空気中の細菌やウイルスの不活化、アレルゲンの失活を行なうことができる。
【００３２】
次に、本発明の特徴部分である放電電極の線状部分４ａの幅と電界強度の関係について、図３のグラフを用いて説明する。図３のグラフは、線状電極部４ａの幅と線状電極部４ａの先端近傍（電極から１μｍ離れた点）の電界強度との関係を示している。図３のグラフ中の破線は、線状電極部４ａがない場合の電界強度を示している。図３の電界強度は、誘電体３の厚さが５０μｍ、比誘電率が１０、誘導電極２と放電電極４の間に１８００Ｖの電位差を設けた場合を有限要素法によって計算した。
【００３３】
線状電極部４ａの幅が狭くなるにしたがって電界強度は強くなるが、線幅１００μｍ以下で電界強度が顕著に強くなり、線幅１００μｍ以下では、線状電極部４ａがない場合に比べ、２０％以上強い電界強度が得られることが分かった。
【００３４】
すなわち、線状電極部４ａの幅を１００μｍ以下にすることによって、線状電極部４ａの先端が損傷しても強い電界強度を維持することが可能となる。
【００３５】
今回開示された実施の形態は、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】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示すイオン発生装置の平面図
【図２】図１の線分Ａ−Ａにおける断面模式図
【図３】図１の線状電極部の幅と線状電極部の先端近傍の電界強度の関係を示す図
【符号の説明】
【００３７】
１        基板
２        誘導電極
２ａ      凸状部
３        誘電体
４        放電電極
４ａ      線状電極部
４ｂ      導電部
５        保護膜
６        誘導電極接点
７        放電電極接点
８        電圧印加回路
１０        イオン発生素子
【図１】
2007012489.tif 000003
【図２】
2007012489.tif 000004
【図３】
2007012489.tif 000005