(57)【要約】【目的】本発明は、コロナ放電させる細長い放電電極を形成する放電電極板に関し、コロナ放電による劣化を低減して長寿命化させることを目的とする。【構成】耐熱性材料で作成した耐熱性板と、耐熱性板の上に細長くあるいは耐熱性板の上に形成した細長い溝の中に、導電性ガラスを塗布、焼成して形成する放電電極とを備え、放電電極を電子導電性の導電性ガラスで形成してコロナ放電による劣化を低減して長寿命化するようにしている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電させる細長い放電電極を形成する放電電極板において、
耐熱性材料で作成した耐熱性板と、
前記耐熱性板の上に細長く、あるいは前記耐熱性板の上に形成した細長い溝の中に、導電性ガラスを塗布、焼成して形成する放電電極と、
を備え、
前記放電電極を電子導電性の導電性ガラスで形成してコロナ放電による劣化を低減して長寿命化したことを特徴とする放電電極板。
【請求項２】
前記導電性ガラスは、バナジウム、バリウム、鉄から構成されるバナジン酸塩ガラスとしたことを特徴とする請求項１に記載の放電電極板。
【請求項３】
前記耐熱性板は、耐熱ガラスとしたことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の放電電極板。
【請求項４】
前記放電電極に半田付けしてリード線を接続したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の放電電極板。
【請求項５】
前記放電電極にリード線の半田付けは、超音波半田付けとしたことを特徴とする請求項１から請求項４に記載の放電電極板。
【請求項６】
導電性ガラスを塗布、焼成して放電電極を形成は、導電性ガラスの粉末を含むペーストを生成し、この生成したペーストを塗布、焼成して電子導電性の放電電電極を形成したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の放電電極板。
【請求項７】
前記放電電極と対面した他の電極、あるいは前記放電電極と背面した他の電極との間に１０ＫＨｚから３０ＫＨｚの範囲内の高周波電圧を印加し、当該放電電極の周りにコロナ放電させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の放電電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロナ放電させる細長い放電電極を形成する放電電極板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高分子樹脂の表面を改質してつるつるの表面を、小さな凹凸あるいはトゲトゲ状にする方法と１つとして、大気コロナ放電中を通す手法がある。【０００３】
このコロナ放電を起こした中を高分子樹脂を通過させることにより、プラズマ中の活性化したイオンが樹脂の表面を適切に凹凸化、あるいはギザギザ化する。【０００４】
高分子樹脂の表面が小さな凹凸形状になると、撥水性から親水性に変化する。例えば、応用製品として、海苔を干す簾の表面は小さな凹凸化があると都合がよい。これにより、海水から引き揚げた海苔は相応の密着性を有するが、高分子樹脂表面がツルツル状態では、この密着性は得られず、簾に海苔がつかない。【０００５】
このように高分子樹脂の表面改質処理は、大気中でコロナ放電を起こして行われている。この放電電極の材質は、従来は、金属類（例えば、ステンレス、タングステン）が使われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のコロナ放電させる放電材料として、金属類（ステンレス、タングステン）を使用した場合には、コロナ放電プラズマ下で多量に発生するオゾンＯ３のために、極めて短時間（速いものは１週間程度）で表面が酸化してしまい、放電電極の表面からの電子の供給が円滑に行われなくなってしまい、使用できなくなってしまうという問題点があった。【０００７】
また、放電電極が短時間（１週間程度）で表面が酸化して放電ができなくなり、放電電極を交換することが要求されてしまうという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、放電電極材料として導電性ガラスがコロナ放電させても電子の供給が円滑に長期間に渡って行えることを実験で発見した。【０００９】
そのために、本願発明は、コロナ放電させる細長い放電電極を形成する放電電極板において、耐熱性材料で作成した耐熱性板と、耐熱性板の上に細長く、あるいは耐熱性板の上に形成した細長い溝の中に、導電性ガラスを塗布、焼成して形成する放電電極とを備え、放電電極を電子導電性の導電性ガラスで形成してコロナ放電による劣化を低減して長寿命化するようにしている。【００１０】
この際、導電性ガラスは、バナジウム、バリウム、鉄から構成されるバナジン酸塩ガラスとするようにしている。【００１１】
また、耐熱性板は、耐熱ガラスとするようにしている。【００１２】
また、放電電極に半田付けしてリード線を接続するようにしている。【００１３】
また、放電電極にリード線の半田付けは、超音波半田付けするようにしている。【００１４】
また、導電性ガラスを塗布、焼成して放電電極を形成は、導電性ガラスの粉末を含むペーストを生成し、この生成したペーストを塗布、焼成して電子導電性の放電電電極を形成するようにしている。【００１５】
また、放電電極と対面した他の電極、あるいは放電電極と背面した他の電極との間に１０ＫＨｚから３０ＫＨｚの範囲内の高周波電圧を印加し、放電電極の周りにコロナ放電させるようにしている。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の放電電極板の構成例を示す。【００１７】
図１において、耐熱ガラス板１は、放電電極３を保持するものであって、コロナ放電により高温になるのでそれに耐えることができる耐熱性の板である。【００１８】
穴２は、耐熱性ガラス板１を図示外の装置に固定するための穴である。【００１９】
放電電極３は、コロナ放電させる電極であって、ここでは、導電性ガラスを塗布、焼成して形成した細長い電極である。実験では幅１ｍｍないし３０ｍｍ程度、長さは１０ｃｍ、更にいくらでも実現できれば長くでもよい。【００２０】
半田付け５は、リード線６を半田つけしたものを模式的に示したものである。ここでは、放電電極３を導電性ガラスで作成したので、超音波半田付けでリード線６を半田付けする。通常の超音波なしの半田付けは、困難である。【００２１】
リード線６は、放電電極３に半田付けして高周波電圧を印加し、放電電極３の周りにコロナ放電させるための電源を供給するものである。【００２２】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の製造工程を詳細に説明する。【００２３】
図２は、本発明の製造工程フローチャートを示す。【００２４】
図２において、Ｓ１は、ＡＢＬガラスペーストを準備する。これは、図１の放電電極（導電性ガラス）３を形成する導電性ペーストであるＡＢＬガラスペースト（導電性ガラスペーストの名称）を準備する（後述する図４参照）。【００２５】
Ｓ２は、ＡＢＬガラスペーストを塗布する。これは、Ｓ１で準備したＡＢＬガラスペーストを、図１の放電電極３を形成するパターンにスクリーン印刷し、約５００μｍ厚に塗布する。【００２６】
Ｓ３は、ＡＢＬガラスペーストを乾燥する。これは、Ｓ２でＡＢＬガラスペーストを、図１の放電電極３のパターンにスクリーン印刷して塗布したので、塗布したパターンのＡＢＬガラスペーストを１００℃、１時間の熱風乾燥する。【００２７】
Ｓ４は、焼成する。これは、Ｓ３で熱風乾燥した後、５００℃から６００℃で焼成を行う。焼成は、赤外線ランプで照射、あるいは焼成炉に入れてもよい（図８参照）。【００２８】
Ｓ５は、電極へのリード線付けする。Ｓ４で焼成した後の図１の放電電極３にリード線６を超音波半田つけする。【００２９】
以上のように、図１の耐熱ガラス１の上にＡＢＬガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥、焼成し、電子導電性のコロナ放電で劣化しない長寿命の放電電極３を形成することが可能となった。【００３０】
以下順次詳細に説明する。【００３１】
図３は、本発明のＡＢＬガラスペースト塗布方法フローチャートを示す。これは、既述した図２のＳ２、Ｓ３、Ｓ４の詳細フローチャートを示す。【００３２】
図３において、Ｓ１１は、ＡＢＬガラスペーストをスクリーン印刷して基板に塗布する。これは、ＡＢＬガラスペーストを、図１の放電電極３のパターンになるようにスクリーン印刷する。【００３３】
Ｓ１２は、乾燥した大気中に放置する。これは、Ｓ１１でスクリーン印刷した後、乾燥した大気中に２〜２４時間、放置し、自然乾燥する。【００３４】
Ｓ１３は、溶剤飛ばしする。これは、Ｓ１２で自然乾燥した後、溶剤を完全に蒸発させるために、電気炉で４０〜１００℃、１００分間の乾燥を行う。【００３５】
Ｓ１４は、焼成する。これは、５００℃から６００℃の電気炉に入れ、あるいは赤外ランプを照射して焼成（図８参照）し、放電電極３のパターン（ＡＢＬガラスペーストを塗布）が完全に導電性ガラスになるようにアニーリングすると共に、耐熱性ガラス１に固着させる。【００３６】
以上により、ＡＢＬガラスペーストを用いて放電電極３のパターンを図１の耐熱ガラス１の上にスクリーン印刷し、自然乾燥、熱風乾燥、焼成し、低抵抗かつコロナ放電に対して劣化しなく長寿命の導電性ガラスの放電電極３を形成することが可能となった。【００３７】
図４は、本発明のＡＢＬガラスペースト説明図を示す。これは、スクリーン印刷に用いるＡＢＬガラスペースト（導電性ガラスペースト）の説明図を示す。【００３８】
図４において、成分例は、ＡＢＬガラスペーストを作成するために必要な成分の例を示す。ここでは、図示の成分、濃度範囲（重量％）、備考は下記である。【００３９】
成分例                濃度範囲（重量％）  備考
・バナジン酸塩ガラス      60〜85     主材：
粉体２〜３μｍ                      ＡＢＬガラス２〜３μｍ粉体
・ジエチレングリコール    10〜30      有機材（主材粒子を結合）
モノブチルアセテート
・ターピネオール           5〜15      有機溶媒（ペースト濃度調整）
・セルロース系樹脂         1〜10      樹脂（塗布材料に接着）
ここで、成分例のバナジン酸塩ガラスは、主材であって、粉体２〜３μｍ程度ものを６０から８５重量％からなる。次の、ジエチレングリコール、モノブチルアセテートは、有機材であって、主材粒子を結合するものであり、１０から３０重量％からなる。次の、ターピネオールは、有機溶媒であって、ペースト濃度を調整するものであり、５から１５重量％からなる。次の、セルロース系樹脂は、塗布材料（ここでは、図１の耐熱性ガラス１）に接着するためのものであり、１から１０重量％からなる。【００４０】
以上の割合で混ぜて混錬することにより、ＡＢＬガラスペーストが作成できる。【００４１】
図５は、本発明のスクリーン印刷条件例の説明図を示す。図５は、図３のＳ１１でＡＢＬガラスペーストを用いて図１の耐熱ガラス板１の上に放電電極（導電ガラス）３のパターンをスクリーン印刷するときの印刷条件の概略を記載したものである。【００４２】
図５において、項目はスクリーン印刷するときの項目であり、条件例は各項目のスクリーン印刷するときの条件であり、備考は各項目、条件に要求される材料、粒径などの情報を記載したものであって、例えば図示の下記である。【００４３】
項目            条件例          備考
・スクリーン線径  16μｍ          ペーストの溶剤による腐食の影響の
ない材料
・メッシュ        325本／インチ    
・目開き          62μｍ          ペーストの主材であるＡＢＬガラス
粒径よりも十分大きいこと
・空間率          63%
ここで、スクリーン線径はスクリーン印刷するときのスクリーンメッシュの線径であって、ここでは１６μｍを使用した。スクリーンメッシュはＡＢＬガラスペーストの溶剤による腐食の影響のない材料であることが必要である。 【００４４】
メッシュは３２５本／インチのものを使用した。目開きは、メッシュの目開きであって、６２μｍを使用した。メッシュの空間率は６３％であった。【００４５】
以上の項目、条件、備考を備えたスクリーン印刷により、既述した図３のＳ１１のスクリーン印刷などを実施した。【００４６】
図６は、本発明の超音波半田付け条件例の説明図を示す。図６は、図１の放電電極（導電性ガラス）３に、リード線６を超音波半田付けするときの条件例の説明図である。【００４７】
図６において、項目は超音波半田付けするときの項目であり、条件例は各項目の超音波半田付けするときの条件である。【００４８】
項目                  条件例                  備考
・超音波出力            1〜10Ｗ
・半田材料              錫−亜鉛系半田材料  
・コテ先温度            250℃以上450℃以下
・超音波周波数          20〜60ＫＨｚ
ここで、超音波出力は超音波半田付けするときの超音波の出力であって、ここでは１〜１０Ｗの範囲内（好ましくは２Ｗ程度以下とすることが望ましい）で使用した。半田材料は超音波半田付けするときに使用する半田材料であって、ここでは、錫−亜鉛系の鉛フリー半田を使用した。コテ先温度は、超音波半田付けする半田コテのコテ先の温度であって、２５０℃から４５０℃の範囲内の温度で使用した（温度は使用する半田材料に依存するので実験で最適なコテ先温度を決める）。超音波周波数は、実験では２０〜６０ＫＨｚの範囲内の超音波周波数を使用した。【００４９】
以上の項目、条件を備えた超音波半田付けにより、図１の放電電極（導電性ガラス）３にリード線６を超音波半田付けが綺麗にできた。超音波なしの通常の半田付けでは、半田付け不良が発生し、半田付け不可であった。【００５０】
図７は、本発明のコロナ放電の動作条件例の説明図を示す。これは、既述した図１の放電電極（導電性ガラス）３と、対向した図示外の平面平板（放電電極３よりも面積が大）と、あるいは耐熱ガラス板１の放電電極３を形成した面と反対の裏面に対向した図示外の平面平板（放電電極３よりも面積が大）との間に高周波電圧（１０ＫＨｚから４０ＫＨｚ程度）を印加し、放電電極３の上を覆うようにコロナ放電させるときの動作条件例を示す（図１０参照）。【００５１】
図７において、項目はコロナ放電するときの項目であり、条件例は各項目のコロナ放電するときの条件である。【００５２】
項目                  条件例                  備考
・印加電圧              2〜10ＫＶ
・周波数                10〜40ＫＨｚ程度
ここで、印加電圧はコロナ放電するときに印加する電圧であって、２〜１０ＫＶの範囲内で使用した。また、周波数はコロナ放電させるときの周波数であって、１０ＫＨｚ以下の周波数になると空気中の酸素、窒素などの原子が電極に衝突して電極をスパッタリングして摩耗させてしまう確率が高くなるから、ここでは、１０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚとした。【００５３】
以上の項目、条件を備えることにより、図１の放電電極（導電性ガラス）３の上を覆うようにコロナ放電させることが可能であった（後述する図１０参照）。【００５４】
図８は、本発明のサンプル例を示す。これは、図２のフローチャーの順番に従い作成した放電電極（導電性ガラス）３のサンプルについて、焼成条件、溝の有無、抵抗率を測定した例を示す。【００５５】
図８において、Ｎｏはサンプルの番号であり、焼成条件はＡＢＬガラスペーストを塗布して焼成した温度条件であり、溝は図１の耐熱ガラス板１の上の溝の有無であり、抵抗率はリード線６から放電電極３の末端までの抵抗率（Ω・ｃｍ）である。【００５６】
Ｎｏ  焼成条件                           溝   リード線から電極末端
までの抵抗率
（Ω・ｃｍ）
(1) 2回焼成(600℃30min急冷＋550℃30min) 有    91.4
(2) 2回焼成(600℃30min急冷＋550℃30min) 無    75.1
(3) 1回焼成(600℃30min)                 有    47.6
(4) 1回焼成(600℃30min)                 無    56.4
(5) 1回焼成(570℃30min)                 有   103.6
(6) 1回焼成(570℃30min)                 無    51.1
(7) 1回焼成600℃30min急冷)             無   192.3
ここで、サンプル（１）の焼成条件は、６００℃、３０分加熱した後に急冷し、次に５５０℃、３０分加熱した後、自然冷却したサンプルを表す。他も同様である。【００５７】
また、サンプル（１）から（７）のいずれも図１のリード線６から放電電極（導電性ガラス）３の末端までの抵抗値は図示のように２００〜４７Ω・ｃｍであり、コロナ放電を良好に発生させることができた。更に、放電電極３が電子導電性のガラスで作成されており、コロナ放電による劣化が極めて少なく、従来のステンレス放電電極に比して長寿命化できた。また、図１の耐熱ガラス板１の上に放電電極３用の溝の有あるいは無のいずれも抵抗率は若干異なるが、コロナ放電させるのに十分な抵抗率であった。【００５８】
図９は、本発明の焼成条件による結晶性の違いの説明図を示す。【００５９】
図９の（ａ）は６００℃３０ｍｉｎ急冷の導電電極３の表面の光学顕微鏡写真の例を示し、図９の（ｂ）は５７０℃３０ｍｉｎの自然冷却の導電電極３の表面の光学顕微鏡写真の例を示し、図９の（ｃ）は６００℃３０ｍｉｎの自然冷却の導電電極３の表面の光学顕微鏡写真の例を示す。【００６０】
図９において、上側に示したように、結晶粒子は図９の（ａ）が一番小さく、図９の（ｂ）、図９の（ｃ）の方向に大きくなっている。これは、図９の（ａ）は温度が６００℃と高いが急速冷却したために高温状態がそのままとなり結晶粒子が小さい。一方、図９の（ｂ），（ｃ）では温度が５７０℃、６００℃と高くなり、自然冷却したので、結晶粒子が冷却中に成長してだんだんと大きくなったものである。コロナ放電させるのに都合のよい焼成温度、急冷／自然冷却を選択することにより、放電電極３の表面の結晶粒子の大きさを小さいものから大きいものに調整することが可能であるので、必要に応じて最適な焼成温度、急冷あるいは自然冷却を選択して焼成すればよい。【００６１】
図１０は、本発明の溝の有無説明図を示す。これは、図１の耐熱ガラス板１の上に形成する放電電極３の溝の有無を模式的に説明したものである。【００６２】
図１０の（ａ）は溝が有の場合の図１の耐熱ガラス板１の横面断面図を模式的に示し、図１０の（ｂ）は溝が無の場合の図１の耐熱ガラス板１の横面断面図を模式的に示す。【００６３】
図１０の（ａ）において、溝の中に導電性ガラスペーストを塗布、焼成（２回ないし３回）した後の図示の導電性ガラス３１は、耐熱ガラス板１の内部に収まった状態となり、コロナ放電の角度が図示のように、図１０の（ｂ）に比して狭くなり、集中してコロナ放電をコロナ放電処理対象物に照射することが可能となる。【００６４】
図１０の（ｂ）において、溝がない耐熱ガラス板１の上に直接に導電性ガラスペーストを塗布、焼成した後の図示の導電性ガラス３２は、耐熱ガラス板１の上に凸状の状態となり、コロナ放電の角度が図示のように、図１０の（ａ）に比して広くなり、てコロナ放電をコロナ放電処理対象物の広い範囲に照射することが可能となる。【００６５】
図１０の（ｃ）は、溝加工の有、溝加工の無の特徴をテーブルにしたものであって、図示の下記である。【００６６】
溝加工（有）      溝加工（無）
・印刷回数          ２回              １回
・放電方向性        有                  無    
・保管性            容易                難しい
・電極厚み          溝高に依存          500μｍ以下
ここで、溝加工が有は、溝が有る図１０の（ａ）の場合であり、溝加工が無は、溝が無い図１０の（ｂ）の場合を表す。印刷回数は導電性ガラスペーストを塗布・焼成する回数を表し、溝加工が有の場合には溝の内部に印刷した導電性ガラスペーストが焼成により大幅に縮小するので２回（必要に応じて３回）の印刷を行う必要がある。溝が無の場合には、縮小しても厚さが減少するのみで特に問題がなく、１回の印刷でよい。【００６７】
放電方向性は、上述したように、溝加工（有）はコロナ放電の照射方向が狭い放電方向性がある。一方、溝加工（無）は放電方向性はない。【００６８】
保管性は、溝加工が有の場合には、積み重ねが容易になり、保管が容易である。一方、溝加工が無の場合には、放電電極３が耐熱ガラス板１の上に飛び出し、積み重ねができず、保管が難しい。【００６９】
電極厚みは、溝加工が有の場合には溝の高さに依存する。溝加工が無の場合は、図１０の（ｂ）に示すように、半円形状となり、通常５００μｍ以下となる。【００７０】
図１１は、本発明の電極材料の説明図を示す。これは、図１の放電電極３として、各種材料を使用したときの、コロナ放電するイニシアル電圧（Ｖ）を求めたものである。【００７１】
図１１において、電極材料はコロナ放電させる放電電極の材料であり、イニシアル電圧（Ｖ）はコロナ放電を開始するイニシアル電圧であり、例えば図示の下記である。【００７２】
電極材料                         イニシアル電圧（Ｖ）  
・タングステン                     5.0〜6.0
・ステンレス                       5.0〜6.0
・ABLガラス（電子導電性ガラス）   3.7〜4.0  
粗い結晶  
・ABLガラス（電子導電性ガラス）   4.5〜4.8  
少し粗い結晶  
・ABLガラス（電子導電性ガラス）   4.0〜5.0  
細やかな結晶  
ここで、従来のタングステン、ステンレスのイニシアル電圧は５から６ＫＶのイニシアル電圧を持っていた。本願発明のＡＢＬガラス（電子導電性ガラス）の放電電極３は、粗い結晶では３．７〜４．０ＫＶ．少し荒い結晶で４．５から４．８ＫＶＶ、細やかな結晶で４．９から５．０ＫＶであり、いずれにしても従来のステンレスなどの金属に比して低いイニシアル電圧でコロナ放電を開始させ、維持することが判明した。【００７３】
図１２は、本発明の電極部の構造例を示す。これは、図１の耐熱ガラス板１に穴を開け、リード線６を該穴から放電電極（導電性ガラス）３の裏面に直接に超音波半田付けした構造を模式的に示したものである。【００７４】
図１２において、穴９は、耐熱ガラス板１の裏面から放電電極（導電性ガラス）３の裏面に向けて開けられた穴である。【００７５】
以上のように、穴９を設けたことにより、耐熱ガラス板１の上に溝有（あるいは溝無）の放電電極（導電性ガラス）３を塗布・焼成した後、リード線６を穴９の内部を介して放電電極（導電性ガラス）３に超音波半田付け８を実施し、当該リード線６を放電電極３に接続する。これにより、耐熱ガラス板１の図示の上の表面は、放電電極３のみが露出した状態となり、図１の放電電極３の端にリード線６を上から重ねて超音波半田付けした場合の突起などがなくなり、放電電極３の端部におけるコロナ放電の乱れをなくし、放電電極３の端でも均一なコロナ放電を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の放電電極板の構成例である。
【図２】本発明の製造工程フローチャートである。
【図３】本発明のＡＢＬガラスペースト塗布方法フローチャートである。
【図４】本発明のＡＢＬガラスペースト説明図である。
【図５】本発明のスクリーン印刷条件例の説明図である。
【図６】本発明の超音波半田付け条件例の説明図である。
【図７】本発明のコロナ放電の動作条件例の説明図である。
【図８】本発明のサンプル仕様例である。
【図９】本発明の焼成条件による結晶性の違い説明図である。
【図１０】本発明の溝の有無説明図である。
【図１１】本発明の電極材料の説明図である。
【図１２】本発明の電極部の構造例である。
【符号の説明】
【００７７】
１：耐熱ガラス板
２、９：穴
３：放電電極（導電性ガラス、ＡＢＬガラス）
３１、３２：導電性ガラス
５：半田付け（超音波半田付け）
６：リード線
８：超音波半田付け
【図１】
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【図２】
2020116051.tif 000004
【図３】
2020116051.tif 000005
【図４】
2020116051.tif 000006
【図５】
2020116051.tif 000007
【図６】
2020116051.tif 000008
【図７】
2020116051.tif 000009
【図８】
2020116051.tif 000010
【図９】
2020116051.tif 000011
【図１０】
2020116051.tif 000012
【図１１】
2020116051.tif 000013
【図１２】
2020116051.tif 000014
【国際調査報告】
2020116051.tif 000015
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