CN107207250B - 臭氧生成装置 - Google Patents

Abstract

臭氧生成装置(10)具备：具有产生沿面放电的顶面(11A)的电介质部(11)；和由与顶面(11A)对置地设置在电介质部(11)的导体构成、而且沿着顶面(11A)排列的多个放电部(22A、22B)。在顶面(11A)形成有放电部(22A)与放电部(22B)之间的间隙部分(24)所对置的凹部(15)。

Description

臭氧生成装置

技术领域

本发明涉及沿着电介质表面使沿面放电产生、由与放电面对置的空间中的氧生成臭氧的臭氧生成装置。

背景技术

图6是对现有的臭氧生成装置100(例如参照专利文献1～专利文献3。)的构成进行说明的图。臭氧生成装置100具备平板部101、第1平面导体104和第2平面导体105。平板部101具有相互层叠设置的基层102与表层103。基层102由氧化铝等陶瓷系的电介质材料构成。表层103由玻璃等电介质材料构成。第1平面导体104及第2平面导体105设置于基层102与表层103的界面。再有，第1平面导体104在俯视下为梳形，且具备相互平行的多个放电部106。第2平面导体105与第1平面导体104同样地为梳形，具备相互平行的多个放电部107。放电部106与放电部107隔开间隔而交替地排列。

在该臭氧生成装置100中，通过在放电部106与放电部107之间施加交变电场，从而沿着电介质所组成的表层103的表面(放电面)产生沿面放电。通过该沿面放电而由与放电面对置的空间中的氧生成臭氧。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：专利第4220090号

专利文献2：JP特开平10-7405号公报

专利文献3：JP特开2014-58430号公报

发明内容

-发明所要解决的技术问题-

如上述构成的臭氧生成装置中，为了使沿面放电稳定产生，需要高的驱动电压。因此，臭氧生成装置的驱动电压源需要大型的升压电路，驱动电压源的尺寸大且驱动电压源的成本会升高。

再者，为了施加这种高的驱动电压，若在放电部有形状缺陷等，则容易引起火花放电等异常放电。若产生这种异常放电，则臭氧生成装置会遭受损伤或劣化。

因而，本发明的目的在于提供一种能够使驱动电压低电力化的臭氧生成装置。

-用于解决技术问题的手段-

本发明的臭氧生成装置具备：电介质部，具有产生沿面放电的放电面；和多个放电部，由与所述放电面对置地设置在所述电介质部的导体构成，该多个放电部沿着所述放电面排列，所述放电面在所述多个放电部之间形成有凹部。

该构成中，放电部间产生的电力线变得易于从放电面的凹部向电介质部的外侧扩散。为此，在放电面的凹部近旁，电场强度增强，变得易于产生沿面放电。因此，能够使产生沿面放电所需的驱动电压低电压化。

优选将所述放电部与所述放电面对置的方向作为上侧，所述凹部的下表面被设置于所述放电部的下表面以上的高度。

该构成中，能够增大凹部的下表面附近的电场强度(放电量)，能够使产生沿面放电所需的驱动电压低电压化。

优选将所述放电部与所述放电面对置的方向作为上侧，所述凹部的下表面被设置于所述放电部的上表面以上的高度。

在该构成中，也能够增大凹部的下表面附近的电场强度(放电量)，能够使产生沿面放电所需的驱动电压低电压化。进而，氧向凹部的供给与臭氧从凹部的脱离变得容易，因此能够增加臭氧的产生量。

优选所述臭氧生成装置还具备：驱动电压源，输出具有重复的图案与循环的相位差的N(N≥3)相的驱动电压，所述多个放电部按照它们的排列顺序从所述驱动电压源输入第n(1≤n≤N)相的驱动电压。该构成中，在放电面近旁电场强度沿着排列方向循环地变化。由此，放电面近旁的气体受到电场强度的影响而沿排列方向移动。为此，能促进氧向凹部的供给和臭氧从凹部的脱离，能够增加臭氧生成量。

本发明的臭氧生成装置，具备：板状的第1电介质层；一对内部平面，设置于所述第1电介质层的第1面；和第2电介质层，覆盖所述一对内部平面导体而被设置，所述一对内部平面导体分别具有引出部、和与所述引出部相连的多个放电部，所述第2电介质层在与所述第1面所对置的面相反侧的第2面、且俯视所述第1面时与所述多个放电部重叠的位置设置凸部。

优选所述凸部被设置在所述第2面、且俯视所述第1面时覆盖所述多个放电部。

优选一方的内部平面导体的放电部与另一方的内部平面导体的放电部沿着所述第1电介质层的面方向被交替地配置。

优选所述凸部的厚度比10μm厚、且比所述一方的内部平面导体的放电部与所述另一方的内部平面导体的放电部之间的最窄的间隙部分的宽度薄。

-发明效果-

根据本发明的臭氧生成装置，由于在放电面的凹部近旁电场强度增强，故变得易于产生沿面放电。由此，能够使驱动电压低电压化，能够实现驱动电压源的小型化或低成本化、臭氧生成装置的可靠性的提高。

附图说明

图1(A)是本发明的第1实施方式涉及的臭氧生成装置10的立体图。图1(B)是表示臭氧生成装置10的平面导体形成面14的分解俯视图。

图2是臭氧生成装置10的侧面剖视图。

图3(A)是示意地表示在本发明的第1实施方式涉及的臭氧生成装置10中的凹部15及凸部16的近旁产生的电力线的放大侧视图。图3(B)是为了比较而示意地表示在现有的臭氧生成装置中的平坦面产生的电力线的放大侧视图。

图4是表示臭氧生成装置10的制造方法的一例的流程图的图。

图5(A)是臭氧生成装置60的电连接图。图5(B)是驱动电压V1～V4的时间波形图。

图6是对现有的臭氧生成装置100的构成进行说明的图。

具体实施方式

《第1实施方式》

图1(A)是本发明的第1实施方式涉及的臭氧生成装置10的立体图。臭氧生成装置10是板状的，例如为长度5mm、宽度5mm、厚度500μm。

臭氧生成装置10具备电介质部11、一对内部平面导体和驱动电压源31。一对内部平面导体具体是第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B。

电介质部11由电介质构成，是具有顶面11A与底面11B的板状。电介质部11具备顶面11A侧的第2电介质层12和底面11B侧的第1电介质层13，将第2电介质层12与第1电介质层13层叠而构成。第1电介质层13中第2电介质层12侧的面是平面导体形成面14(相当于本发明中的“第1电介质层的第1面”。)。再有，第2电介质层12中与平面导体形成面14所对置的面相反侧的面、即顶面11A相当于本发明中的“第2电介质层的第2面”。

第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B设置在电介质部11的内部、第2电介质层12与第1电介质层13之间，具体是设置于平面导体形成面14。

图1(B)是表示臭氧生成装置10的平面导体形成面14的分解俯视图。

第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B分别在俯视下为梳状。具体是，第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B具备多个放电部22A、22B和引出部23A、23B。第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B的宽度例如为50μm。再有，第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B的厚度例如为10μm。

多个放电部22A、22B以线路状延伸且相互平行。引出部23A、23B将多个放电部22A、22B的一端间连接并延伸，且被引出至给定的引出位置为止。放电部22A与放电部22B交替排列在与各自延伸的方向(延伸方向)正交的方向(排列方向)上。换言之，放电部22A与放电部22B沿着第1电介质层13的面方向交替地配置。再有，在邻接的放电部22A与放电部22B之间，设置有在排列方向具有给定宽度的间隙部分24。间隙部分24的宽度例如为50μm。

从图1(A)所示的驱动电压源31向这样构成的第1内部平面导体21A与第2内部平面导体21B之间施加驱动电压。由此，在放电部22A与放电部22B之间产生交变电场。该交变电场不只是向电介质部11的内部扩散、也向电介质部11的顶面11A侧的外部扩散，电介质部11的顶面11A近旁的电场强度变为某种程度以上，由此沿着电介质部11的顶面11A产生沿面放电。而且，由电介质部11的顶面11A所对置的空间中所包含的氧来生成臭氧。

在此，参照图1(A)与图2来说明电介质部11的更详细的构成。图2是臭氧生成装置10的侧面剖视图。

构成电介质部11的底面侧的第1电介质层13以同样的厚度构成。另一方面，构成电介质部11的顶面侧的第2电介质层12构成为具有薄壁部与厚壁部。另外，第2电介质层12的厚壁部及薄壁部处的厚度均变得比第1电介质层13的厚度还薄。

由于第2电介质层12具有薄壁部与厚壁部，故在电介质部11的顶面11A、即第2电介质层12的表面形成凹部15与凸部16。凹部15与凸部16如图1所示在与放电部22A、22B的延伸方向相同的方向上平行地延伸，进一步如图2所示交替排列在与放电部22A、22B的排列方向相同的方向上。

多个凸部16从厚度方向观察时(俯视平面导体形成面14时)覆盖放电部22A、22B，在厚度方向上与放电部22A或放电部22B重叠。因而，多个凸部16的配置间隔与放电部22A、22B的配置间隔大体一致。另外，大体一致指的是多个凸部16在厚度方向上与放电部22A或放电部22B重叠。另一方面，多个凹部15的配置间隔虽然也与放电部22A、22B的配置间隔大体一致，但多个凹部15与放电部22A及放电部22B在厚度方向上并未重叠，仅与放电部22A和放电部22B之间的间隙部分24在厚度方向上重叠。

图3(A)是示意地表示本发明的第1实施方式涉及的臭氧生成装置10中的凹部15及凸部16近旁产生的电力线的放大侧视图。图3(B)是为了比较而示意地表示现有的臭氧生成装置中的平坦面产生的电力线的放大侧视图。

图3(A)与图3(B)所示的任一情况下，若在放电部22A与放电部22B之间施加交变电场，则产生将放电部22A与放电部22B之间联系起来的多个电力线。这些电力线在电介质部11的内部从放电部22A与放电部22B的相互对置的端面附近起朝着间隙部分24而在排列方向上产生。这些电力线虽然以高密度集中在放电部22A、22B的端面近旁，但密度随着从放电部22A、22B的端面离开而降低，也向厚度方向扩散。

为此，如图3(A)所示，若在与间隙部分24对置的位置设置有凹部15，则从放电部22A、22B产生的电力线之中较多的电力线经由凹部15而扩散至电介质部11的外部。另一方面，如图3(B)所示，在电介质部11为没有凹部15及凸部16的平坦状的情况下，只有从放电部22A、22B产生的电力线之中较少的电力线向电介质部11的外部扩散。

因此，如图3(A)所示在设置有凹部15的情况下，在凹部15的近旁，电场强度显著升高。由此，沿着凹部15的表面稳定产生沿面放电。由此，能由气体中所包含的氧有效生成臭氧。

上述的效果在申请人进行过的、使用了图3(A)所示的本发明的第1实施方式涉及的凹凸状的臭氧生成装置的样本和图3(B)所示的现有例涉及的平坦状的臭氧生成装置的样本的实机试验中也能确认。

具体是，向放电部22A、22B分别施加相位相差180°的交变电压，使该电压逐渐上升，确认了各个样本以何种电压开始进行放电(基板表面的发光)。结果，确认了：现有例涉及的平坦状的臭氧生成装置的样本中为600V的放电开始电压，在本发明的第1实施方式涉及的凹凸状的臭氧生成装置的样本中降低至540V。

再有，以同一驱动电压(600V)分别在6升的容器内使这些臭氧生成装置的样本驱动3分钟，在用臭氧浓度测定器(荏原实业制)测定了臭氧浓度时，确认了：在现有例涉及的平坦状的臭氧生成装置的样本中为23.8ppm的臭氧浓度，在本发明的第1实施方式涉及的凹凸状的臭氧生成装置的样本中提高至29.8ppm。

这样，在本实施方式涉及的臭氧生成装置10中，通过在放电部22A、22B之间的间隙部分24设置凹部15，从而能够使凹部15的近旁产生的电场强度显著升高，即便使施加给放电部22A、22B的驱动电压低电压化，也能够使沿面放电产生，从而生成臭氧。因此，能够使驱动电压源31的额定值低电压化，驱动电压源31的成本下降成为可能。还有，由于能够无需如现有技术那样进行电极微细化就使驱动电压低电压化，故在臭氧生成装置10的制造工序中，不会产生伴随于电极微细化的短路或断线、火花放电等各种问题，能提高臭氧生成装置10的可靠性。

另外，申请人在实机试验中也进行了凸部16的厚度C与凹部15的深度D所相关的验证。

凸部16的厚度C(从放电部22A、22B到第2电介质层12的表面为止的厚度)，如图3(A)所示，是凸部之中最厚的部位的厚度。凸部16的厚度C例如为25μm。与凸部16的厚度C相关的验证的结果，期望凸部16的厚度C至少比第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B间的最窄的间隙部分24的宽度还薄。能够确认到：若该厚度C大于间隙部分24的宽度，则电力线变得难以从凹部15向外部扩散，设置凹部15所带来的驱动电压的低电压化的效果受损。再有，期望凸部16的厚度C比10μm还厚，确认到：若较之更薄，则施加了电压之际会引起绝缘破坏，可靠性变得易于降低。即，期望凸部16的厚度C比10μm厚、且比一方的内部平面导体的放电部与另一方的内部平面导体的放电部之间的最窄的间隙部分的宽度更薄。

凹部15的深度D，如图3(A)所示，在厚度方向上是第2电介质层的最厚的部分和第2电介质层的最薄的部分之间的距离、即第2电介质层的最厚的部分和第2电介质层的最薄的部分之差。换言之，凹部15的深度D是从图2所示的平面导体形成面14到顶面11A的厚度最厚的部分和从平面导体形成面14到顶面11A的厚度最薄的部分之间的距离。凹部15的深度D例如为10μm。

准备凹部15的深度D分别为10μm、25μm、50μm的臭氧生成装置的样本，向放电部22A、22B分别施加相位相差180°的交变电压，使该电压逐渐上升，由此确认了各个样本以何种电压开始进行放电(基板表面的发光)。结果，深度D为10μm的样本中为600V、深度D为25μm的样本中为500V、深度D为50μm的样本中为438V，能获得凹部15的深度D越深、则放电开始电压越降低的倾向。认为这是因为在平面导体形成面14的近旁被放电部22A、22B夹持而使电场强度最强的缘故。

再有，在同一驱动电压(600V)下分别在6升的容器内使这些臭氧生成装置的样本驱动3分钟，用臭氧浓度测定器(荏原实业制)测定了臭氧浓度。结果，凹部15的深度D为10μm的样本中为29.8ppm、深度D为25μm的样本中为32.3ppm、深度D为50μm的样本中为15.3ppm，也确认了：若凹部15的深度D超过从第2电介质层12的表面到达平面导体形成面14的深度(25μm)而加深，则臭氧浓度会降低的倾向。

认为这是因为若凹部15的深度D过于加深，则凹部15的内部的空间中产生的等离子或臭氧滞留于凹部15的内部，氧向凹部15的供给与臭氧的脱离难以产生的缘故。因此，认为优选在未超过从第2电介质层12的表面到达平面导体形成面14深度的范围内加深凹部15的深度D。即，期望凹部15的深度D比0μm还深，为从第2电介质层12的表面到平面导体形成面14的深度以下。

接着，对臭氧生成装置10的制造方法的一例进行说明。图4是表示臭氧生成装置10的制造工序的一例的流程图的图。

臭氧生成装置10的制造中，首先进行薄片形成工序(S1)。薄片形成工序中，例如通过将电介质粉末、溶剂、分散剂、粘合剂等混合而得到电介质浆料。而且，之后使用刮片等来制作成为第2电介质层12、第1电介质层13的电介质生片。

另外，该工序中形成的电介质薄片为了一次性制造多个臭氧生成装置10而期望比单体的臭氧生成装置10的尺寸还大张地形成。再有，电介质薄片的材料只要是Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、各种玻璃、BaTiO₃等氧化物、LTCC等玻璃与氧化物填料的混合物、或环氧、聚酰亚胺等树脂等具有高绝缘性的材料，什么样的材料都可以。其中，因放电时产生的等离子的影响有可能使得电介质部11变为极高温，因此从相对于热的稳定性方面来说期望为氧化物。还有，第2电介质层12、第1电介质层13的材料无论是彼此相同的还是彼此不同都可以，但若在第2电介质层12、第1电介质层13中线膨胀率的差大，则电介质部11有可能因放电时的膨胀与收缩而劣化。为此，期望第2电介质层12、第1电介质层13的材料彼此同质或线膨胀率相近。

接着，在臭氧生成装置10的制造中进行导体形成工序(S2)。导体形成工序中，根据需要形成层间连接导体，然后在电介质生片上丝网印刷之后成为第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B的导体膏的图案。

其中，该工序所利用的导体膏的材料只要是相对于电介质部11能层叠的材料，什么样的材料都可以，例如电介质部11由氧化物材料组成的情况下，作为导体膏的主材料采用Cu、Ag、Pd、Pt、W、或采用RuO₂的电阻膏都可以。

接下来，臭氧生成装置10的制造中，进行层叠工序(S3)。层叠工序中，通过将已形成导体膏的图案的电介质生片重叠并施加压力，从而制作层叠有未烧成的导体膏的图案与电介质生片的层叠体。

接着，臭氧生成装置10的制造中进行烧成工序(S4)。烧成工序中，例如对未烧成的层叠体进行烧成，以使得成为给定的温度分布。由此，制作电介质部11与第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B的层叠体。

而且，臭氧生成装置10的制造中进行凹部形成工序(S5)。凹部形成工序中，以切割等的加工方法对已被烧成的层叠体的第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B间的间隙部分24所对置的位置进行磨削，由此形成凹部15。

根据以上的制造方法，能够制造本实施方式的臭氧生成装置10。另外，除了将已形成导体膏的图案的电介质生片层叠并进行烧成的上述工艺之外，也能够通过适宜的工艺来制造本实施方式的臭氧生成装置10。例如，也能采用：在烧成基板上进行导体膏的印刷和电介质膏的印刷的工艺；在第1电介质层13与第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B的烧成之后，进行成为第2电介质层12的生片的层叠或电介质膏的印刷的工艺。

再有，作为凹部15或凸部16的形成方法，未被限于在烧成后的电介质部11切削沟槽的形成方法，也能使用其他形成方法。例如，能够采用对未烧成的层叠体切削沟槽的方法、通过压力对未烧成的层叠体形成凹部的方法、将薄的电介质薄片堆叠多个而形成凸部16的方法、印刷电介质膏来形成凸部16的方法等适宜的方法。还有，对于凹部15或凸部16的剖面形状而言，也能采用矩形状或波状等适宜的形状。

《第2实施方式》

接着，对本发明的第2实施方式涉及的臭氧生成装置60进行说明。

图5(A)是臭氧生成装置60的电连接图。

本实施方式涉及的臭氧生成装置60具备电介质部61、多个放电部62和驱动电压源63。电介质部61和前述的实施方式的构成同样，是具有凹部及凸部的构成。

多个放电部62例如分组为4组，构成为将各组的放电部62按序排列于电介质部61。而且，驱动电压源63构成为输出与组数相同的4相的驱动电压V1～V4，且构成为向各放电部62输入组编号所对应的相编号的驱动电压V1～V4。

图5(B)是驱动电压V1～V4的时间波形图。驱动电压V1～V4成为按相编号的顺序设为相位差90°的矩形波的交变电压。因此，驱动电压V1～V4成为相位差按相编号的顺序循环的关系。

由于这样构成，故在本实施方式涉及的臭氧生成装置60中，凹部及凸部近旁的电场强度的分布沿着放电部62的排列方向循环地变化。由此，在凹部及凸部的近旁受到电场强度的影响，空间中的气体移动，能促进氧向凹部的供给和臭氧从凹部的脱离。由此，即便将凹部进一步加深并使驱动电压低电压化，也可抑制臭氧浓度的降低。再有，通过产生气体的流动，从而灰尘等变得难以吸附于放电面，臭氧生成装置60的可靠性也提高。

另外，本实施方式中，示出了作为驱动电压V1～V4而使用脉冲波信号的例子，但驱动电压V1～V4除此之外也能利用正弦波信号或矩形波信号。如果使用脉冲波信号或矩形波信号，那么与使用正弦波信号的情况相比，能够进一步使开始放电的电压低电压化，因此是更优选的。再有，本实施方式中，示出了将驱动电压的相数设为4的例子，但只要驱动电压的相数为3以上，则能够采用任意的整数。还有，本实施方式中，示出了在各驱动电压下成为相同的图案波形的例子，但各驱动电压的图案波形也可以是不相同的。例如也能使用振幅或反复的周期相异的驱动电压。

此外，上述的实施方式中，第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B的宽度例如为50μm，但只要是10μm以上且200μm以下即可。更优选的是，第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B宽度只要是30μm以上且100μm以下即可。这是因为：如果第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B的宽度为100μm以下，那么适于低电压下的驱动，因此能获得更高的效果。再有，若第1内部平面导体21A、第2内部平面导体21B的宽度低于30μm，则在制造上布线形成的难易程度上升，成品率变差的缘故。

其中，上述各实施方式毕竟只是例示，只要是权利要求书的构成，无论什么样的构成都能够获得本发明的作用效果。再有，各实施方式所公开的构成如何组合都可以。

-符号说明-

10...臭氧生成装置

11...电介质部

11A...顶面

11B...底面

12...第2电介质层

13...第1电介质层

14...平面导体形成面

15...凹部

16...凸部

21A...第1内部平面导体

21B...第2内部平面导体

22A、22B...放电部

23A、23B...引出部

24...间隙部分

31...驱动电压源

Claims (9)

1.一种臭氧生成装置，具备：

电介质部，具有产生沿面放电的放电面；和

多个放电部，由与所述放电面对置地设置在所述电介质部的导体构成，该多个放电部沿着所述放电面排列，

所述放电面在所述多个放电部之间形成有凹部。

2.根据权利要求1所述的臭氧生成装置，其中，

将所述放电部与所述放电面对置的方向作为上侧，所述凹部的下表面被设置于所述放电部的下表面以上的高度。

3.根据权利要求1或2所述的臭氧生成装置，其中，

将所述放电部与所述放电面对置的方向作为上侧，所述凹部的下表面被设置于所述放电部的上表面以上的高度。

4.根据权利要求1或2所述的臭氧生成装置，其中，

所述臭氧生成装置还具备：驱动电压源，输出具有重复的图案与循环的相位差的N相的驱动电压，其中，N≥3，

所述多个放电部按照它们的排列顺序从所述驱动电压源输入第n相的驱动电压，其中，1≤n≤N。

5.根据权利要求3所述的臭氧生成装置，其中，

所述臭氧生成装置还具备：驱动电压源，输出具有重复的图案与循环的相位差的N相的驱动电压，其中，N≥3，

所述多个放电部按照它们的排列顺序从所述驱动电压源输入第n相的驱动电压，其中，1≤n≤N。

6.一种臭氧生成装置，具备：

板状的第1电介质层；

一对内部平面导体，设置于所述第1电介质层的第1面；和

第2电介质层，覆盖所述一对内部平面导体而被设置，

所述一对内部平面导体分别具有引出部、和与所述引出部相连的多个放电部，

所述第2电介质层在与所述第1面所对置的面相反侧的第2面、且俯视所述第1面时与所述多个放电部重叠的位置设置凸部。

7.根据权利要求6所述的臭氧生成装置，其中，

所述凸部被设置在所述第2面、且俯视所述第1面时覆盖所述多个放电部。

8.根据权利要求6或7所述的臭氧生成装置，其中，

一方的内部平面导体的放电部与另一方的内部平面导体的放电部沿着所述第1电介质层的面方向被交替地配置。

9.根据权利要求8所述的臭氧生成装置，其中，

所述凸部的厚度比10μm厚、且比所述一方的内部平面导体的放电部与所述另一方的内部平面导体的放电部之间的最窄的间隙部分的宽度薄。