JP2006164592A

JP2006164592A - イオン発生素子

Info

Publication number: JP2006164592A
Application number: JP2004350828A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Sakai; 邦哲酒井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】誘電体の表面に設けられた放電電極の表面上に有機物等が付着・堆積するのを未然に防止すると共に、放電による電極自身の劣化を抑える長時間に渡って安定した放電を実現するイオン発生素子を提供する。
【解決手段】イオン発生素子１０において、誘電体１１を挟んで対向した２つの電極１２ａ，１２ｂ間の放電によって紫外光が発生し、放電電極面を被覆するコーティング層１３の光触媒がその紫外光又は外部光源からの光によって活性化され、その表面を親水性に改質する。光触媒がその表面で酸化・還元反応を起こして汚れ等の物質を分解するので、電極部１２へ付着物が抑制され、従来のものより安定した放電を繰り返し、長時間にわたって安定した放電を実現することができる。コーティング層１３は、電極全体を覆っているので、放電による電極部１２自身の劣化を電極全体に渡って抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体と、当該誘電体の内部に設けられた誘導電極と、前記誘電体の表面に設けられ且つイオンを発生する放電電極とを備えたイオン発生素子に関する。

従来、放電素子としては、誘電体の表面に筒状電極と針状電極から成る構造を有する電極を形成し、その電極に交流高電圧を印加することによって、電極周辺にプラズマ放電状態を形成し、放電プラズマによって空気中の分子を電離或いは解離させることで、正負のイオンを発生させる素子がある。生成されるイオンは、正極性クラスターイオン及び負極性クラスターイオンである。

オゾンの発生素子としても、筒状電極と針状電極とから成る電極間に高周波・高電圧を印加して、電極間での放電によってオゾンを発生させる型式のものがある。オゾンは強力な酸化作用を有しているので、電極が酸化され、耐用期間が短くなるという問題がある。これに対応するため、電極自身に光触媒粒子を包含することでオゾンの酸化による電極の劣化を抑制することを図ったものが提案されている（特許文献１参照）。即ち、オゾン及びイオンがイオン風となって内周面に沿って流れる筒状電極を、酸化チタン等の光触媒材料を含む金属から形成している。針状電極が放電するときに紫外線を生じるので、紫外線を受けた筒状電極は光触媒機能を働かせて、空気流れに含まれる臭気成分を分解し、細菌類の酸化・滅菌を図っている。この際、オゾンによる電極の腐蝕を防止している。
特開２０００−１４３２１５号公報（段落［００１２］）

これに対して、誘電体を挟んで対向する２つの電極を持つイオン発生器が、主に、画像形成装置において提案されている。従来のプラズマクラスターイオン発生器の放電電極では、放電を長時間繰り返すと電極表面上に有機物等が付着、堆積してしまうことがあり、このことが安定した放電を妨げになっている。

そこで、誘電体と、当該誘電体の内部に設けられた誘導電極と、誘電体の表面に設けられ且つイオンを発生する放電電極とを備えたイオン発生素子において、電極表面上に有機物等が付着、堆積するのを、長期に渡って未然に防止する点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、誘電体と、誘導電極及び放電電極を備えたイオン発生素子であって、電極表面上に有機物等が付着・堆積するのを未然に防止すると共に、放電による電極自身の劣化を抑える長時間に渡って安定した放電を実現するイオン発生素子を提供することである。

上記課題を解決するため、この発明によるイオン発生素子は、誘電体と、当該誘電体の内部に設けられた誘導電極と、誘電体の表面に設けられ且つイオンを発生する放電電極とを備えたイオン発生素子において、放電電極の表面を、光触媒を含むコーティング層で被覆したことから成っている。

このイオン発生素子によれば、誘電体の内部及び表面に設けられた２つの電極間の放電によって紫外光が発生し、放電電極面を被覆するコーティング層の光触媒がその紫外光又は外部光源からの光によって活性化され、その表面を親水性に改質する。親水性に改質された表面とともに、光触媒がその表面で酸化・還元反応を起こして汚れ等の物質を分解するので、電極部への付着物が抑制され、従来のものより安定した放電を繰り返すことが可能となる。このように、電極表面に光機能を付加することにより、従来のイオン発生素子と比べて、長時間にわたって安定した放電を実現し、安定したイオン発生作用を維持することができる。コーティング層は、電極全体を覆っているので、電極部自身の放電による劣化を電極全体に渡って抑えることができる。

このイオン発生素子において、光触媒物質は、酸化チタンとすることができる。光触媒物質として最も入手可能な酸化チタンを用いることで、電極表面へのコーティング層の形成を低コストで実現することができる。

このイオン発生素子において、光触媒物質は、粒径がナノメートル程度の光触媒粒子を含む物質とすることができる。微細粒子からなる光触媒粒子は扱いが容易であり、電極表面への層状の形成も容易である。その一つの形態として、シート状の光触媒物質を焼結することでコーティング層を形成することができる。また、他の形態として、粉末状の光触媒物質に溶射法を適用することによっても、電極表面へのコーティング層を形成することができる。

上記のように構成されたイオン発生素子は、誘電体の表面に配置された放電電極が光触媒を含むコーティング層で覆われているので、コーティング層が、放電による電極自身の劣化を抑えるのみならず、放電時に発生する紫外光又は外部光源からの紫外光を利用して光触媒表面上で酸化・還元反応を起こして有機物等を分解すると共に表面を親水性に改変する。したがって、電極表面に集塵される付着物は、自動的に分解し剥がれ落ちることで清浄に保たれる。その結果、本イオン発生素子は、長時間に渡って安定した放電を実現できるので、放電によって発生したイオンによる空気改質機能を長期にわたって維持することができる。

以下、図面を参照して、本発明によるイオン発生素子の実施例を説明する。図１は、この発明によるイオン発生素子の断面図である。

図１に示すように、この発明によるイオン発生素子１０は、誘電体１１（上部誘電体１１ａ及び下部誘電体１１ｂ）と、放電部１２（放電電極１２ａ、誘導電極１２ｂ、放電電極接点１２ｃ、誘導電極接点１２ｄ、及び接続端子１２ｅ、１２ｆ）と、コーティング層１３とから成っている。

コーティング層１３には光触媒物質が用いられている。光触媒物質としては酸化チタン（アナターゼ型）を主とするものを用いる。表面積が大きいほうがより高い光触媒効果が望めるため、このとき用いる光触媒粒子は粒径がナノメートル程度のものが好適である。表面積放電電極１２ａ近傍にて放電を行うことにより、プラス／マイナスのイオンを供給する。

粒径がナノメートル程度の微細粒子からなる光触媒粒子は扱いが容易であり、放電部１２の電極表面への層形成も容易である。コーティング層を形成するための一つの形態としては、シート状の光触媒物質を焼結することが挙げられる。即ち、光触媒物質をシート状に形成しておき、電極表面を覆った後、焼結することで、コーティングが得られる。また、他の形態として、粉末状の光触媒物質に溶射法を適用することによっても、電極表面へのコーティング層を形成することができる。

図２は、図１に示すイオン発生素子の放電の様子を示す説明図である。放電電極を覆うように適用された光触媒物質は放電時に発生する紫外光、又は外部光源からの紫外光により光励起されると、図２に示すように酸素分子（Ｏ_２）からスーパーオキシドアニオン（Ｏ_２ ⁻）への還元反応及び水分子（Ｈ_２Ｏ）からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）への酸化反応が起こると考える。このことは標準水素電極電位に対してアナターゼ型の酸化チタンでは価電子帯の電位が３Ｖ，伝導帯の電位が−０．２Ｖであることと、Ｏ_２／Ｏ_２ ⁻の酸化・還元電位が−０．１３Ｖ，Ｏ_２／Ｈ_２Ｏの酸化還元電位が１．２３Ｖであることからも支持される。

このときに発生したスーパーオキシドアニオン（Ｏ_２ ⁻）とヒドロキシラジカル（・ＯＨ）とは、いずれも強い酸化力を示す活性酸素種であって、触媒表面に化学吸着されるが、吸着種は触媒表面を動き回ることができ、触媒表面上のいずこかに接触した有機物等を吸着種の強力な酸化力によって直ちに分解する働きをする。本光触媒反応では、スーパーオキシドアニオン（Ｏ_２ ⁻）は酸化反応の中間体について過酸化物を形成する、或いは過酸化水素水を経て水になると言われている。また、スーパーオキシドアニオン（Ｏ_２ ⁻）よりも強力な酸化力を示すヒドロキシラジカル（・ＯＨ）は、その酸化力で有機物をラジカル化させて酸素分子とラジカルとが連鎖反応を起こし、最終的には二酸化炭素及び水を生成すると考えられている。不純物が電極に付着する際にバインダーの役目をする有機物が分解されることによって電極への付着物を抑えることができる。

イオン発生素子１０においては、更に、光励起された酸化チタンの表面は強い親水性を示し、このことも付着物を抑える一因となる。また酸化チタンはＣＯのような触媒毒によって触媒活性が失われることがなく紫外光を照射する限りにおいてその触媒機能を変わらず示し続けるために、本発明の光触媒を担持させた放電電極は長時間にわたって安定した放電を持続することができる。イオン発生素子１０の本実施形態は、長時間繰り返し放電した後においても安定してプラス／マイナスのイオンを供給できることができるようになっている。

本イオン発生素子１０は、イオン発生器に適用するのが好ましい。イオン発生素子は、電極パターンを変更することで、放電点を増加することができ、このため、簡単に放電による発光量を増やすことで、外部からの紫外線照射を必要とせずに、酸化チタン等の光触媒物質の効果を発揮することができる。

図３は、本発明によるイオン発生素子に係わる高電圧発生装置の一実施形態を示す回路図である。図３に示すように、イオン発生素子の入力側に高電圧発生回路が接続されており、高電圧発生回路の作動は主な素子の動作に基づいて説明すると、以下のとおりである。即ち、電源Ｖｃｃから抵抗Ｒ３を通してコンデンサＣ１に電流が流れてコンデンサＣ１の端子間で電圧が上昇する。同時に抵抗Ｒ１，Ｒ２によるＲ１／（Ｒ１＋Ｒ２）で分圧された電圧がシャントレギュレータＩＣ１の端子電圧として印加される。シャントレギュレータＩＣ１は、端子電圧（Ｒｅｆ）が所定の電圧まで達すると、カソードからアノード側に電流が流れ込み、トランジスタＱ１がオンする。トランジスタＱ１がオンすると、抵抗Ｒ５を通してサイリスタＳＣＲ１のゲート信号に入力されて、サイリスタＳＣＲ１がオンする。このとき、コンデンサＣ１に充電されていた電化がトランスＴ１の一次捲線を通して放電されるが、抵抗Ｒ３を通しての電流の供給は追いつかず、一旦、コンデンサＣ１の電荷はゼロになり、サイリスタＳＣＲ１もオフとなる。その後、抵抗Ｒ３を通しての電流の供給によるコンデンサＣ１の充電が開始され、端子電圧（Ｒｅｆ）が所定の電圧まで達するまで充電が行われ、以下、トランジスタＱ１とサイリスタＳＣＲ１のオンとオフが繰り返される。トランスＴ１では、捲線比に応じて放電電極側に交流高電圧が印加される。

以上、この発明によるイオン発生素子をその実施形態について説明したが、本発明の埴はそれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明によるイオン発生素子の一実施形態を示す概略図である。図１に示すイオン発生素子における放電の説明図である。図１に示すイオン発生素子に用いられる高圧発生回路の一例を示す図である。

符号の説明

１０イオン発生素子
１１誘電体
１１ａ上部誘電体
１１ｂ下部誘電体
１２放電部
１２ａ放電電極
１２ｂ誘導電極
１２ｃ放電電極接点
１２ｄ誘導電極接点
１２ｅ，１２ｆ接続端子
１３コーティング層（光触媒層）
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６固定抵抗
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ
Ｄ１ダイオード
Ｑ１トランジスタ
Ｔ１トランス
ＳＣＲ１サイリスタ
ＩＣ１シャントレギュレータ
Ｖｃｃ入力電圧
ＧＮＤアース線

Claims

誘電体と、前記誘電体の内部に設けられた誘導電極と、前記誘電体の表面に設けられ且つイオンを発生する放電電極とを備えたイオン発生素子において、前記放電電極の表面を、光触媒を含むコーティング層で被覆したことから成るイオン発生素子。
前記光触媒物質は、酸化チタンであることから成る請求項１に記載のイオン発生素子。
前記光触媒物質は、粒径がナノメートル程度の光触媒粒子を含む物質であることから成る請求項１又は２に記載のイオン発生素子。
前記コーティング層は、シート状の前記光触媒物質を焼結することで形成されていることから成る請求項３に記載のイオン発生素子。
前記コーティング層は、粉末状の前記光触媒物質の溶射法によって形成されていることから成る請求項３に記載のイオン発生素子。