JP2007012489A - Ion generating element and ion generating device equipped with this - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an ion generation element, an ion generation element, and an ion generation apparatus including the ion generation element, and more particularly to an ion generation element using creeping discharge and an ion generation apparatus including the ion generation element.
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。
In the electric field device described in
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ion generating element and an ion generating apparatus that generate ions stably without increasing the discharge start voltage.
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。 An ion generating element according to the present invention includes a dielectric, and a discharge electrode and an induction electrode facing each other with the dielectric interposed therebetween, and a linear electrode portion is formed on the discharge electrode.
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。 According to the above configuration, the electric field concentrates on the tip of the linear electrode portion, but the tip shape of the linear electrode portion remains linear even if the tip of the linear electrode portion is consumed by sputtering or the like. Since it does not change, ions can be stably generated without increasing the discharge start voltage. Moreover, when the ion generating element which concerns on this invention is mounted in an ion generator, the increase in the power consumption of an ion generator can be prevented.
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。 As the discharge electrode, a linear electrode portion may be disposed directly from the electrode contact. However, in order to stably apply a voltage to the linear electrode portion, a gap between the electrode contact and the linear electrode portion may be provided. A conductive part to be connected may be provided so that the linear electrode part protrudes from the conductive part. By setting the conductive portion to a sufficient line width compared to the linear electrode portion, it is possible to stably apply a voltage to the linear electrode portion. Moreover, the amount of ion generation can be increased by forming a plurality of linear electrode portions on the discharge electrode.
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。 The linear electrode portion is preferably arranged so as to overlap with the induction electrode when the induction electrode is viewed from the discharge electrode, whereby ions can be stably generated from the tip of the linear electrode portion. The linear electrode portion may be arranged so that at least the tip portion overlaps with the induction electrode. However, in consideration of the consumption of the linear electrode portion, the entire linear electrode portion is arranged so as to overlap the induction electrode. Is preferred.
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。 The linear electrode portion may be linear, but if it is formed so as to have a constant line width in all portions, a constant discharge start voltage can be more stably maintained. In order to increase the electric field concentration, the line width of the linear electrode portion is preferably 100 μm or less. Further, when the line width is narrowed, the wear of the linear electrode portion is increased, and considering this, the line width is preferably in the range of several μm to 100 μm, and more preferably 20 μm to 100 μm.
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。 Further, in order to generate ions using the ion generating element according to the present invention, the ion generating element and an ion provided with voltage applying means for applying a voltage between the discharge electrode and the induction electrode of the ion generating element. What is necessary is just to use a generator, and can obtain the above-mentioned effect by this.
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。 As described above, according to the present invention, since the linear electrode portion is formed on the discharge electrode, the electric field at the electrode tip does not weaken even if the tip of the electrode is scraped by sputtering or the like. Therefore, ions can be stably generated, and an increase in power consumption of the ion generator can be prevented.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic plan view of an ion generating element and an ion generating apparatus including the same according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG.
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。
As shown in FIGS. 1 to 2, an
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。
The discharge electrode 4 includes a
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。
More specifically, the induction electrode contact 6 and the
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。
On the other hand, the
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。
In addition, the
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。
As described above, the discharge electrode 4 is disposed (superimposed) so that only the
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。 As a material of the dielectric 3, for example, an organic substance can be used. As the organic substance constituting the dielectric 3, it is preferable to use a material having excellent corrosion resistance. For example, a resin such as polyimide or glass epoxy may be used as the material of the dielectric 3. In addition, when an inorganic substance is used as the material of the dielectric 3, ceramics such as alumina, magnesia, crystallized glass, forsterite, stearite, mullite, and zirconia can be used as the material of the dielectric 3. Note that it is preferable to use an inorganic material as the dielectric 3 in consideration of resistance to plasma generated when performing discharge for ion generation.
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。
The material constituting the
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。
Further, a
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。
Next, the manufacturing method of the ion generating element by this invention is demonstrated. The
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。 Next, a conductor film is formed on the surface of the dielectric 3 by a method such as screen printing, plating, vapor deposition, or sputtering. As a method for forming the conductor film, an inexpensive screen printing method is desirable. In this embodiment, the conductor film is formed by screen-printing Au paste and firing it.
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。
And the discharge electrode 4 comprised from the
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。
Any material may be used as the material constituting the discharge electrode 4 as long as it has conductivity, but preferably, Au as a main component is excellent in resistance to sputtering by ions as in this embodiment. It is better to use the materials described above. In addition, by using a material mainly composed of Au, wet etching can be performed with an iodine-based etchant, and the discharge electrode 4 including the
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。
Then, the
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。
If a
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。
By the way, in order to generate both positive and negative ions from the
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。
Alternatively, a plurality of
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。
In the above configuration, when the
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。 When these both ions adhere to the surface of airborne bacteria or harmful substances in the air, a chemical reaction occurs to generate hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or hydroxyl radical (.OH) as active species. By decomposing these active species, airborne bacteria and viruses can be inactivated and allergens can be inactivated.
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。
Next, the relationship between the width of the
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。
The electric field strength increases as the width of the
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。
That is, by setting the width of the
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
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
DESCRIPTION OF
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---|---|---|---|---|
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US7796903B2 (en) | 2007-06-28 | 2010-09-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Charging apparatus with a discharge electrode having a plurality of sharp-pointed portions |
CN103190203A (en) * | 2010-12-28 | 2013-07-03 | 株式会社小金井 | Ion generation device |
KR20200081319A (en) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 주식회사 래온 | Wearable Electrostatic Discharge Device Using Plasma Using Tip Fabricated Using MEMS |
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2005
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