(57)【要約】【課題】経時的な劣化を抑制することができるイオン発生素子を提供する。【解決手段】放電電極と、放電電極と対向して設けられる誘電電極と、誘電電極を取り囲む誘電体とを備えるイオン発生素子であって、誘電体が、ガラスとセラミックスの複合体であり、前記誘電体に使用するガラスが、アルカリ金属酸化物の合量が１０質量％以下であるガラスから形成されていることを特徴とする【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と、放電電極と対向して設けられる誘電電極と、誘電電極を取り囲む誘電体とを備えるイオン発生素子であって、誘電体が、ガラスとセラミックスの複合体であり、前記誘電体に使用するガラスが、アルカリ金属酸化物の合量が１０質量％以下であるガラスから形成されていることを特徴とするイオン発生素子。
【請求項２】
誘電体を構成する複合体の気孔率が、５体積％以下である、請求項１に記載のイオン発生素子。
【請求項３】
誘電体を構成する複合体の吸水率が１．０％以下である、請求項１又は２に記載のイオン発生素子。
【請求項４】
誘電体を構成する複合体が、グリーンシートの焼結体である、請求項１〜３の何れか一項に記載のイオン発生素子。
【請求項５】
放電電極と誘電電極の距離が１０〜５０μｍである、請求項１〜４の何れか一項に記載のイオン発生素子。
【請求項６】
誘電電極と誘電体が同時焼結されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のイオン発生素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気除去器などに用いられるイオン発生素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電気を除去する方法としては、電極にコロナ放電を発生させて周囲の空気分子を電離させてイオンを生成し、生成したイオンを帯電物に当て中和・除去する方法がある。コロナ放電により空気分子を電離させてイオンを生成させるものとして、誘電体を挟み放電電極と誘電電極とを対向して設けたイオン発生素子が知られている（特許文献１）。誘電体としては、一般に、ラミネートしたマイカを積層したマイカ積層板などが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９６２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイカ積層板を誘電体として用いた従来のイオン発生素子では、経時的に劣化しやすいという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、経時的な劣化を抑制することができるイオン発生素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のイオン発生素子は、放電電極と、放電電極と対向して設けられる誘電電極と、誘電電極を取り囲む誘電体とを備えるイオン発生素子であって、誘電体が、ガラスとセラミックスの複合体であり、前記誘電体に使用するガラスが、アルカリ金属酸化物の合量が１０質量％以下であるガラスから形成されていることを特徴とする。ここで「アルカリ金属酸化物の合量」とは、酸化物表示で表したガラス組成において、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物の含有量の合量を意味する。
【０００７】
誘電体を構成する複合体は、気孔率が５体積％以下であることが好ましい。本発明において「気孔率」はガラスセラミック誘電体断面のＳＥＭ像を画像解析し、以下の式より求めたものである。なお画像解析には三谷商事株式会社のＷＩＮＲＯＯＦを使用することができる。
【０００８】
気孔率（体積％）＝（気孔部分の総面積／処理画像の総面積）×１００
【０００９】
上記構成を採用すれば、誘電体を１０〜５０μｍ程度に薄くしても絶縁破壊し難くなることから、コロナ放電を発生させるための電圧を低くできる。また同じ電圧であれば、イオンの発生量を増加させることができる。
【００１０】
誘電体を構成する複合体は、吸水率が１％以下であることが好ましい。本発明において「吸水率」は、ＪＩＳ―Ｃ２１４１の方法で測定した値を指す。
【００１１】
上記構成を採用すれば、吸着した水分とＮＯｘの反応による硝酸の発生が起こりにくくなって電極の腐食などの問題が起こりにくくなる。このため素子の信頼性を高めることができる。またマイカ積層板を用いた従来のイオン発生素子では、マイカ積層板の吸水率が高いため、吸着水を蒸発させるためのヒーターが必要であるが、吸水率を１％以下にすれば、ヒーターが不要になる。
【００１２】
誘電体を構成する複合体は、グリーンシートの焼結体であることが好ましい。
【００１３】
上記構成を採用すれば、ピンホールの発生のない誘電体を形成できることから、素子の信頼性が高くなる。
【００１４】
放電電極と誘電電極の距離は、１０〜５０μｍであることが好ましい。
【００１５】
上記構成を採用すれば、電極間距離を短くすることが可能となり、イオンの発生効率を高めることができる。
【００１６】
誘電電極と誘電体は、同時焼結されていることが好ましい。
【００１７】
上記構成を採用すれば、誘電電極と誘電体とを強固に、且つ効率よく一体化することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、イオン発生素子の経時的な劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従う一実施形態のイオン発生素子を示す模式的平面図である。
【図２】図１に示す実施形態のイオン発生素子を示す模式的側面図である
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００２１】
図１は、本発明に従う一実施形態のイオン発生素子を示す模式的平面図である。図２は、図１に示す実施形態のイオン発生素子を示す模式的側面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態のイオン発生素子１は、放電電極１０と、誘電電極２０と、放電電極１０と誘電電極２０を取り囲むように配置される誘電体３０とから構成されている。本実施形態において、誘電体３０は、板状の形状を有している。放電電極１０は、その表面に微細な突起１１を複数有している。突起１１の高さ（ｘ方向の高さ）及び幅（ｙ方向の幅）は、それぞれ０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、さらには０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。突起１１の形状は、図１に示す形状に限定されるものではなく、電界集中が有効に生じやすい形状であればよい。
【００２２】
放電電極１０は、誘電体３０の一方の面上に設けられており、誘電電極２０は、誘電体３０の内部に設けられている。したがって、放電電極１０と誘電電極２０との間には、誘電体３０が存在している。放電電極１０には配線１２が接続されており、誘電電極２０には配線２２が接続されている。誘電電極２０は、２本の電極部２１を有している。放電電極１０は、Ｚ方向（断面視）において、誘電体３０を挟んで２本の電極部２１と対向しており、Ｘ方向（平面視）において、２本の電極部２１の間に位置するように配置されている。
【００２３】
放電電極１０の材質としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ステンレス、タングステン、導電性セラミックスなどが挙げられる。誘電電極２０の材質としては、誘電体３０と同時に焼結する、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、銀、銀パラジウム合金、銀白金合金、金、金パラジウム合金、金白金合金、導電性セラミックスなどが挙げられる。
【００２４】
誘電体３０は、ガラスとセラミックスの複合体からなる。
【００２５】
誘電体を構成するガラスとしては、アルカリ金属元素の酸化物（アルカリ金属酸化物）の含有量が１０質量％以下であるガラスであれば特に制限はない。ガラス組成中のアルカリ金属酸化物の含有量は、好ましくは５質量％以下である。さらに好ましくは３質量％以下である。アルカリ金属元素としては、具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓが挙げられる。
【００２６】
ガラス組成中のアルカリ金属酸化物の含有量を上記のように制限した理由は以下の通りである。
【００２７】
誘電体３０を構成するガラス中にアルカリ金属元素が多量に含まれていると、放電電極１０からイオンが発生した際、アルカリ金属元素がマイナス電極側に引きよせられて移動するため、放電電極１０及び誘電電極２０が、アルカリ金属元素の作用により劣化する。例えばガラス中にＮａ元素を含む場合、Ｎａがマイナス電極側に引き寄せられてＮａ＋となり、Ｎａ＋が空気中の水分と反応しＮａＯＨとなり電極を劣化させる。またガラス中にアルカリ金属元素が含まれていると、絶縁耐圧が低下する。そこでアルカリ金属酸化物の含有量が少ない、或いはアルカリ金属酸化物を全く含まないガラスを誘電体３０のガラス成分として用いることにより、上記のようにして生じる放電電極１０及び誘電電極２０の劣化を抑制することができる。また絶縁耐圧が高く電極間距離を短くできるので、電極間にかける電圧を低くすることができる。
【００２８】
誘電体３０に用いるガラスの組成としては、例えば質量％表示で、ＳｉＯ２  ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３  ０〜２０％、Ｂ２Ｏ３  ２〜２０％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＣａＯ  ５〜２０％、ＢａＯ  ０〜５％、ＺｒＯ２  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜５％、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）０〜１０％の組成、より好ましくは、ＳｉＯ２  ６０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３０〜５％、Ｂ２Ｏ３  １０〜１８％、ＭｇＯ  ０．１〜２％、ＣａＯ  １２〜１８％、ＢａＯ  ０．１〜２％、ＺｒＯ２  ０．１〜２％、ＴｉＯ２  ０．１〜２％、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）０〜３％の組成が挙げられる。上記組成のガラスを使用すれば、気孔率が低く、電極劣化が生じにくい誘電体を容易に作製することができる。
【００２９】
誘電体を構成するセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、ムライト、シリカ、フォルステライト等を単独又は組み合わせて使用することができる。なお基板強度の観点からアルミナを採用することがより好ましい。
【００３０】
ガラスとセラミックスの含有割合は、体積％でガラス４０〜８０％、セラミックス２０〜６０％、特にガラス５０〜７０％、セラミックス３０〜５０％であることが好ましい。ガラス粉末が多すぎると曲げ強度が低下し、ガラス粉末が少なすぎると気孔率が増大する。
【００３１】
ガラスとセラミックスの複合体からなる誘電体は、気効率が５体積％以下、特に３体積％以下であることが好ましい。気孔率が高すぎると、火花放電が発生して絶縁破壊し易くなることから、誘電体の厚みを薄くすることが困難になる。
【００３２】
また誘電体は、吸水率が１％以下、特に０．５％以下であることが好ましい。吸水率が高すぎると、素子の信頼性が低下する。また素子の信頼性を確保するためにヒーターが必要となり、装置を小型化しにくくなる。また装置のコストアップ要因となる。
【００３３】
本発明のイオン発生素子は、誘電体をグリーンシートの焼結体で構成することが好ましい。グリーンシートを焼結させて誘電体を作製することによって、低い気孔率や吸水率を達成することが容易になる。またピンホールの少ない誘電体を形成することができる。さらに厚さが一定で薄肉の誘電体を得ることが容易である。
【００３４】
以下、グリーンシートを用いて誘電体を作製した実施形態の一例を説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
本実施形態において、誘電体３０は、板状の形状を有しており、誘電電極２０を内蔵している。このような構造体は以下のプロセスで作製することができる。
【００３６】
まず、誘電体３０を構成するガラス粉末とセラミック粉末に、所定量の結合剤、可塑剤及び溶剤を添加してスラリーを調製する。
【００３７】
ガラス粉末としては、例えば質量％表示で、ＳｉＯ２  ６４％、Ａｌ２Ｏ３  ２％、Ｂ２Ｏ３  １４％、ＭｇＯ  ３％、ＣａＯ  １１％、ＢａＯ  １％、ＺｒＯ２  １％、ＴｉＯ２  １％、Ｎａ２Ｏ  １％、Ｋ２Ｏ  １％、Ｌｉ２Ｏ  １％含有するガラスからなり、平均粒径Ｄ５０が２μｍであるガラス粉末を用いる。またセラミック粉末としては、例えば平均粒径Ｄ５０が１．５μｍであるアルミナ粉末を用いる。ガラス粉末とセラミックス粉末の混合割合は、例えば、体積％でガラス粉末６０％、セラミックス粉末４０％である。結合剤としては例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等、可塑剤としては例えばフタル酸ジブチル等、溶剤としては例えばトルエン、メチルエチルケトン等を使用することができる。
【００３８】
次いで上記のスラリーを、ドクターブレード法によってグリーンシートに成形する。その後、このグリーンシートを乾燥させ、所定寸法に切断してから、放電電極１０と誘電電極２０のペーストを別々のグリーンシート表面に印刷する。続いて放電電極を印刷したグリーンシートを最上層に、誘電電極２０を印刷したグリーンシートを２層目に、その他の電極印刷をしていないグリーンシート複数枚をその下に積層し、熱圧着によって一体化する。
【００３９】
この積層グリーンシートを焼成することによってガラスセラミックス焼結体からなる誘電体を備えたイオン発生素子を得ることができる。なお材料の焼成温度は８００〜１０００℃、特に、８００〜９５０℃の温度であることが望ましい。
【００４０】
誘電体３０の放電電極と誘電電極の間の距離（誘電体の厚さ）は、好ましくは、１００μｍ以下であり、さらに好ましくは、５０μｍ以下であり、さらに好ましくは、２０μｍ以下である。誘電体３０の電極間の距離を小さくすることにより、より低い電圧で放電させ、イオンを発生させることができる。したがって、イオンの発生効率を高めることができる。
【００４１】
本発明のイオン発生素子は、ＤＣ方式、ＡＣ方式、ＤＣパルス方式、ＡＣパルス方式など種々の電圧印加方式で用いることができる。したがって、本発明のイオン発生素子はプラスイオンのみを発生してもよいし、マイナスイオンのみを発生してもよいし、プラスイオンとマイナスイオンを交互に発生してもよい。
【００４２】
本発明のイオン発生素子は、静電気除去器などに用いることができるものであるが、これに限定されるものではなく、その他の用途にも用いることができるものである。
【００４３】
上記実施形態では、誘電体として板状の形状のものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の形状の誘電体であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…イオン発生素子
１０…放電電極
１１…突起
１２…配線
２０…誘電電極
２１…電極部
２２…配線
３０…誘電体
【図１】
2016197489.tif 000003
【図２】
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