JP2013054983A - 放電電極とこれを用いた活性種発生ユニットおよび活性種発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は活性種の発生量の減少を抑制する放電電極とこれを用いた活性種発生ユニットおよび活性種発生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】半導電被覆針である放電電極１５を、セラミック製絶縁体２０としてのアルミナの周囲を覆うように酸化物の導電材２２と構成材２３としてのガラスを含有する中空円筒状またはキャップ状の半導電体２１を構成したことにより、コロナ放電による放電電極の先端の磨耗を抑制し、経時的に活性種の発生を安定させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、室内空間の除菌や脱臭等を行う活性種発生装置に関するものである。

近年、空気中にラジカルなどの活性種を供給し、この活性種による清浄化作用により、この空気を清浄化する活性種発生装置が開発されている。

従来のこの種、活性種発生装置は、本体ケースと、放電電極と、この放電電極に対向する対向電極と、これらの放電電極と対向電極とに電圧を印加する電源部と、対向電極の表面に設けた吸着手段とを備えた構成であった（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−３２０６１３号公報

上記従来の活性種発生装置では、放電電極と対向電極間に電圧を印加することで、コロナ放電を行わせ、これによって吸着手段に吸着した水分を分解し、活性種を発生させるようになっていた。

このような構成において、放電電極が針状の金属電極の場合、コロナ放電により、活性種が発生すると同時に金属の微粒子が空中に飛び出したり、酸化による電気腐食が発生したりして、電極の先端が磨耗して変形し、活性種の発生量が減少するという課題があった。

そこで、本発明は、活性種の発生量の減少を抑制する放電電極とこれを用いた活性種発生ユニットおよび活性種発生装置を提供することを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、柱状のセラミック製絶縁体の周囲を覆うように酸化物の導電材とガラスを含有する中空筒状またはキャップ状の半導電体を構成したことを特徴とする放電電極であり、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、柱状のセラミック製絶縁体の周囲を覆うように酸化物の導電材とガラスを含有する中空筒状またはキャップ状の半導電体を構成したことを特徴とする放電電極であり、コロナ放電による放電電極の先端の磨耗を抑制し、活性種の発生を安定させることができる。

すなわち、放電電極が針状の金属電極の場合は酸化による電気腐食が発生し、電極の先端が磨耗して変形するのに対し、本願の半導電体を構成する導電材は酸化物であるため、酸化されにくく電気腐食も発生しにくいので、電極の先端の磨耗による変形を起こしにくくできる。

つまり、金属電極は導電性の金属が酸化されると絶縁性に変わる、すなわち導電率が低下するため、放電電流が低下してしまうが、本願の半導電体を構成する酸化物の導電材は導電率が低下しにくく、放電電流も低下しにくいため、経時的に活性種の発生を安定させることができるものである。

また、半導電体が酸化物の導電材とガラスを含有するため、仮に一部の導電材が劣化したとしてもガラスが半導電体の構造を安定化させているため、電極が磨耗して変形することがなく、活性種の発生を安定させることができる。

本発明の実施の形態１における活性種発生装置の斜視図 同活性種発生装置の断面を示す構成図 同活性種発生ユニットの断面を示す構成図 同活性種発生装置の分解斜視図 （ａ）同活性種発生装置における放電電極の構成図、（ｂ）同放電電極のｂ部拡大図 （ａ）同活性種発生装置における別の放電電極の構成図、（ｂ）同放電電極のｄ部拡大図 同活性種発生装置におけるプラスコロナ放電の概念を示す図

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１には、活性種発生装置１の外観図が示されている。この活性種発生装置１は、室内の空気中にラジカルなどの活性種を供給することで、この活性種による清浄化作用により、空気を清浄化するものである。図１では、風にのせて衣類やカーテンに活性種を放出することにより、衣類に付着したにおいの脱臭や除菌などの効果を発現させている。

図２は、図１における活性種発生装置１の断面を示している。

活性種発生装置１は、吸気口３と排気口４を有する本体ケース５と、この本体ケース５内に設けられた活性種発生ユニット６と、送風手段７と、電源部２とを備えている。

本体ケース５は、略箱形状で天面に排気口４を備え、側面に吸気口３を設けている。この吸気口３に対向して、送風手段７を備えている。この送風手段７は、スクロール形状のケーシング８と、このケーシング８内に設けた電動機９と、この電動機９によって回転する羽根１０とから形成している。

ケーシング８は、側面には円形状の吸込口１１を、天面には吐出口１２を備えている。ケーシング８の吸込口１１が、本体ケース５の吸気口３に対向している。ケーシング８の吐出口１２と、本体ケース５の排気口４との間の風路に活性種発生ユニット６を設けている。室内の空気は、送風手段７によって、本体ケース５の吸気口３から吸い込まれ、活性種発生ユニット６を介して、排気口４から室内へ送風される。

なお、図２では活性種発生ユニット６を送風経路に沿って上方に開口部を備える位置にしているが、発生する活性種が風にのって室内に送風されればよく、活性種発生ユニットの位置や向きはこの場所には限定されない。例えば活性種発生ユニット６自体は本体ケース５内の送風経路外に設置し、活性種の放出口を送風経路に備える配置でもよい。活性種発生ユニット６を送風手段７の上流に配置してもよい。また、活性種発生ユニット６を複数備えてもよい。

活性種発生ユニット６は、図３に示すように、筒形状のケース部１３と、このケース部１３の一端開口部（図３の下方）からこのケース部１３内に、その先端側を挿入した棒形状の放電電極１５と、放電電極１５の先端側に所定間隔をおいて対向配置した平板形状の絶縁性基板１４とを備えている。絶縁性基板１４の放電電極１５に対向する面には、半導電性の皮膜が備えられている。

図４に示すように、絶縁性基板１４は、放電電極１５の先端側に対向する部分に円形の孔である孔部１６を備えている。

絶縁性基板１４の放電電極１５側には、リング形状の導電部１７を備え、この導電部１７の角部には、対向電極１８を有している。なお、絶縁性基板１４は、セラミック基板であっても、フッ素などの樹脂基板であっても良い。セラミック基板として、シリカ、アルミ、マグネシウムのうちいずれか１つを含む基板であっても、アルミナ基板であっても良い。オゾンやラジカルで腐食されにくい無機系のものあるいはフッ素樹脂であれば良いためである。また、対向電極１８を設けず、導電部１７を対向電極としてもよい。

なお、通常セラミックは絶縁体であり表面抵抗は、１０¹⁰Ω／□以上であるが、本発明では表面に半導電性の皮膜を備えているため、表面抵抗は１０⁶から１０¹⁰Ω／□となっている。半導電性の皮膜を備える方法としては、適度な導電性を有するインキを印刷して乾燥させる方法、適度な導電性を有する材料を蒸着する方法などが挙げられ、前記表面抵抗の範囲内に制御できれば、特に方法は限定されない。

導電部１７は、図３、図４に示すように、絶縁性基板１４とケース部１３との間に位置するものである。導電部１７および対向電極１８は、ＳＵＳなどのステンレス、アルミ、金、銀、銅などで形成されている。なお、これらに限られること無く、導電性の素材であれば良い。導電部１７および対向電極１８の表面抵抗は、１０^-1Ω／□以下であることが望ましい。

これら絶縁性基板１４と、導電部１７とは、筒形状のケース部１３の他端開口部に嵌る固定蓋１９によって、ケース部１３に固定されるものである。対向電極１８と放電電極１５には電源部２から電圧を印加する構成である。

なお、放電電極１５の放電を受ける電極として、半導電性の皮膜を備えた絶縁性基板１４および導電部１７および対向電極１８からなる構成を説明したが、電極として対向電極１８のみを用いてもよい。すなわち、絶縁性基板１４と同形状の孔空き平板状の導電性金属を使って対向電極１８としてもよい。

本実施形態における特徴は、放電電極１５が、図５に示すように、円柱状のセラミック製絶縁体２０の周囲を覆うように、酸化物の導電材２２と構成材２３としてのガラスを含有する中空円筒状の半導電体２１を構成している点である。

図５では、円柱状のセラミック製絶縁体２０の先端も半導電体２１で覆っているが、覆わなくても、放電は半導電体２１の先端部以外の導電材２２から発生するため、その作用効果はほとんど変わらない。

なお、放電電極１５は、別の形状として図６に示すように、セラミック平板を棘状（三角柱状）に切断したセラミック製絶縁体２０の周囲を覆うように、酸化物の導電材２２と構成材２３としてのガラスを含有するキャップ状の半導電体２１を構成してもよい。

セラミック製絶縁体２０として、ジルコニア、チタニア、コージィエライト、ＳＩＣ、ＡｌＮ等のセラミックが使用可能であるが、入手性や加工性からアルミナが好ましい。

酸化物の導電材２２としては、酸化スズが酸化に対する安定性と入手の容易さの理由で好ましく、他にはＺｎＯ、ＰｂＯ２，ＣｄＯ，Ｉｎ２Ｏ３、Ｔｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４などの酸化物導電材およびこれらの複合酸化物などが使用可能である。導電材としての酸化スズ（ＳｎＯ２）にＳｂなどをドープしたものを用いてもよい。

構成材２３としては、ガラス粉末などの化学的に不活性で耐酸化性のある材料が好ましい。アルミナやジルコニアの粉末あるいはフッ素樹脂粒子などを用いてもよい。構成材２３の大きさは、形状を安定化させるために導電材２２よりも大きいほうが好ましく、導電材の２〜１００倍程度の大きさにすると良い。

半導電体２１として導電材２２と構成材２３としてのガラスの構成割合は、１：４〜１：１、すなわち導電材２２が２０〜５０％、ガラスが８０〜５０％が好ましく、強度面から構成材２３としてのガラスは５０％以上必要で、半導電性、すなわち表面抵抗率を１０⁶〜１０¹⁰Ω／□とするためには、導電材２２が２０％以上必要となる。

放電電極１５の製造方法は、例えば０．０３μｍの酸化スズとガラスの粉末を適度な溶媒を加えて混合し、作成した半導電性インキを絶縁性の基板に印刷し、ガラスが溶融する温度まで加熱して、ガラス中に導電材が分散した状態を作る方法などが挙げられる。また、酸化スズとガラスと接着剤を混合して作成したインキに、絶縁性の基板をディップして乾燥させる方法などが挙げられる。

例えば、外径としてφ１ｍｍのアルミナ棒を導電性のインキにディップ後、余剰液を除去した後、ガラスが溶融する７００℃以上の温度で焼成することにより、外径φ１．２ｍｍ程度の放電電極１５としての半導電被覆針を製造することができる。

以上の構成において、放電電極１５にプラスの電圧を印加した場合について説明を行う。図７のように、この放電電極１５に、電源部２により放電電圧をプラス約３〜１０ＫＶで印加を行うと、放電電極１５表面に強い電界が形成される。放電電極１５にプラスの高電圧が印加されているため、空気中に存在する遊離電子が流れ込む。このとき、対向電極１８は、マイナス状態となっているので、その結果、電子が移動することで、対向電極１８から放電電極１５へ電子が流れる。この状態がコロナ放電であって、このコロナ放電の力でＯＨラジカル（活性種の一例）が発生する。

更に詳細に説明すると、放電電極１５にプラスの高電圧を印加してプラスコロナ放電を行うと、対向電極１８中の電子は、導電部１７から絶縁性基板１４の表面を被覆する半導電性皮膜を介して、放電電極１５に強い力で引き寄せられるため、電子が高速で移動する。電子が、導電部１７および半導電性皮膜の近くに有る酸素分子と衝突すると、酸素分子に電子が一つ増えた状態の酸素分子の陰イオンが発生する。その後、酸素分子陰イオンが、空気中の水分子と反応をすることで、ＯＨラジカルなどの活性種を発生する。

このコロナ放電による経時変化、すなわち放電電極１５の先端の磨耗に着目したのが本願の発明であり、半導電被覆針である放電電極１５を、セラミック製絶縁体２０としてのアルミナ棒の周囲を覆うように酸化物の導電材２２と構成材２３としてのガラスを含有する中空円筒状の半導電体２１を構成したことにより、コロナ放電による放電電極の先端の磨耗を抑制し、活性種の発生を安定させることができる。

すなわち、放電電極１５が針状の金属電極の場合は酸化による電気腐食が発生し、電極の先端が磨耗して変形するのに対し、本実施の形態の半導電体２１を構成する導電材２２は酸化スズ、すなわち酸化物であるため、酸化されにくく電気腐食も発生しにくいので、電極の先端の磨耗による変形を起こしにくくできる。

つまり、金属電極は導電性の金属が酸化されると、電気抵抗が変化して徐々に絶縁性に変わる、すなわち導電率が低下するため、放電電流が低下してしまうが、本実施の形態の半導電体２１を構成する酸化物の導電材２２は導電率が低下しにくく、放電電流も低下しにくいため、経時変化による活性種の発生の低下を抑制できるものである。

また、従来用いられてきた放電電極１５が針状の金属電極の場合は、酸化による電気腐食で電極の先端が磨耗して、鋭利な針先端あるいは棘状の先端角部が丸く短くなり、放電電極と導電材の距離が長くなるため放電量が徐々に低下して、活性種の発生量が減少するという課題があった。本発明においては、半導電体が酸化物の導電材とガラスを含有するため、仮に一部の導電材が劣化したとしてもガラスが半導電体の構造を安定化させているため、電極全体が磨耗して変形することがない。その結果、放電量の変化が少なく、経時的に活性種の発生を安定させることができるものである。

なお、本実施の形態では、セラミック製絶縁体２０を円柱状、半導電体２１を中空円筒状としたが、セラミック製絶縁体２０を角柱状、半導電体２１を中空角筒状としても、その作用効果には差異はないが、製造面から円柱状、中空円筒状が製造しやすく、材料も低減でき、好ましい。

以上のように本発明は、柱状のセラミック製絶縁体の周囲を覆うように酸化物の導電材とガラスを含有する中空筒状の半導電体を構成したことを特徴とする放電電極であり、コロナ放電による放電電極の先端の磨耗を抑制し、活性種の発生を安定させることができる。

すなわち、放電電極が針状の金属電極の場合は酸化による電気腐食が発生し、電極の先端が磨耗して変形するのに対し、本願の半導電体を構成する導電材は酸化物であるため、酸化されにくく電気腐食も発生しにくいので、電極の先端の磨耗による変形を起こしにくくできる。

つまり、金属電極は導電性の金属が酸化されると絶縁性に変わる、すなわち導電率が低下するため、放電電流が低下してしまうが、本願の半導電体を構成する酸化物の導電材は導電率が低下しにくく、放電電流も低下しにくいため、経時的に活性種の発生を安定させることができるものである。

したがって、空気清浄機や活性種発生装置としての活用が期待される。

１ 活性種発生装置
２ 電源部
３ 吸気口
４ 排気口
５ 本体ケース
６ 活性種発生ユニット
７ 送風手段
８ ケーシング
９ 電動機
１０ 羽根
１１ 吸込口
１２ 吐出口
１３ ケース部
１４ 絶縁性基板
１５ 放電電極
１６ 孔部
１７ 導電部
１８ 対向電極
１９ 固定蓋
２０ セラミック製絶縁体
２１ 半導電体
２２ 導電材
２３ 構成材

Claims (8)

1. 柱状のセラミック製絶縁体の周囲を覆うように酸化物の導電材とガラスを含有する中空筒状またはキャップ状の半導電体を構成したことを特徴とする放電電極。
2. セラミックはアルミナであることを特徴とする請求項１記載の放電電極。
3. 酸化物は酸化スズであることを特徴とする請求項１または２記載の放電電極。
4. 半導電体は、酸化物の導電材よりガラスを多く含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の放電電極。
5. セラミック製絶縁体を円柱状とし、半導電体を円筒状としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の放電電極。
6. 筒形状のケース部と、
   このケース部の一端開口部からこのケース部内に、その先端側を挿入した請求項１から５のいずれか一つに記載の放電電極と、
   前記放電電極の先端側に所定間隔をおいて対向配置した導電部とを備え、
   前記導電部は、前記放電電極の先端側に対向する部分に配置した孔部を有し、
   前記導電部と前記放電電極には電源部から電圧を印加してコロナ放電により活性種を発生させる活性種発生ユニット。
7. 導電部の、放電電極の反対側に、表面に半導電性の被覆を備えた絶縁性基板を設けたことを特徴とする請求項６記載の活性種発生ユニット。
8. 吸気口と排気口を有する本体ケースと、
   この本体ケース内に送風手段と請求項６または７記載の活性種発生ユニットとを設け、
   前記送風手段により前記本体ケースの吸気口から吸込んだ空気を、前記活性種発生ユニットに送り、
   前記活性種発生ユニットで発生した活性種を含んだ空気を前記排気口から吹出す構成としたことを特徴とする活性種発生装置。

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