JP2013060327A

JP2013060327A - オゾン発生素子

Info

Publication number: JP2013060327A
Application number: JP2011200056A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nishimoto; 圭助西本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】高湿度環境下でも放電を維持可能なオゾン発生素子を提供すること。
【解決手段】放電によりオゾンを生成するオゾン発生素子１０であって、放電電極１４と、前記放電電極１４に対向する誘導電極１６と、前記放電電極１４と前記誘導電極１６との間に設けられた誘電体層１２と、前記放電電極１４上に形成された撥水層４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電により酸素からオゾンを生成するオゾン発生素子に関する。

従来のオゾン発生素子として、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。以下、図５を参照して、特許文献１のオゾン発生素子を説明する。図５において、オゾン発生素子は、放電電極１０１、誘導電極１０２、誘電体１０３、絶縁体１０４、高圧端子１１１及び接地端子１２１を備える。絶縁体１０４は、アルミナからなる長方形状の基板である。誘導電極１０２は、アルミニウム合金からなる電極である。誘導電極１０２の一端には、接地端子１２１が設けられる。接地端子１２１にはリード線１２２が接続されている。

誘電体１０３は、セラミックからなる層であって、絶縁体１０４及び誘導電極１０２を覆っている。放電電極１０１は、金属箔からなる電極であり、誘電体１０３上に形成される。放電電極１０１の一端には、高圧端子１１１が設けられており、この高圧端子１１１には、リード線１１２が接続されている。

従来のオゾン発生素子では、高圧端子１１１の位置と接地端子１２１の位置とが反対側となっているので、放電電極１０１と誘導電極１０２との間に流れる電流の方向が同一となる。これにより、放電電極１０１と誘導電極１０２との間に互いに吸引しあう電磁力を発生させることができ、放電電極１０１が誘電体１０３から剥離することが抑制される。

特開平１０−２３１１０５号公報

しかしながら、従来のオゾン発生素子では、高湿度環境下で放電を維持することが難しいという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、高湿度環境において放電を維持可能なオゾン発生素子を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の一局面は、放電によりオゾンを生成するオゾン発生素子であって、放電電極と、前記放電電極に対向する誘導電極と、前記放電電極と前記誘導電極との間に設けられた誘電体層と、前記放電電極上に形成された撥水層と、を備えている。

本発明によれば、高湿度環境においても湿度の影響を抑えて放電を維持することができる。

（ａ）はオゾン発生素子の全体構成を模式的に示す図であり、（ｂ）はオゾン発生素子の上面図である。（ａ）は、図１（ａ）に示すＥ−Ｅ線に沿うオゾン発生素子の断面図であり、（ｂ）はオゾン発生素子の下面図である。オゾン発生素子の放電停止時の温湿度の測定環境を示す模式図である。周囲温度に対するオゾン発生素子の放電停止時の湿度を示すグラフである。従来のオゾン発生素子の構成を示す図である。

（オゾン発生素子の構成について）
まず、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るオゾン発生素子の構成について説明する。図１（ａ），（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）には、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸が示される。ｘ軸及びｙ軸は互いに直交し、両軸で水平面を構成する。また、ｚ軸については、正方向を鉛直上方向と、負方向を鉛直下方向とする。

オゾン発生素子１０は、大略的には、誘電体基板１２、放電電極１４、誘導電極１６、及び端子電極３０，３２とを備える。

誘電体基板１２は、誘電体層の一例であり、長方形状の上面１２ａ及び下面１２ｂを有するアルミナ基板である。上面１２ａ及び下面１２ｂは、ｚ軸の正方向側及び負方向側にある誘電体基板１２の主面であり、互いに対向する。また、上面１２ａ及び下面１２ｂの長辺はそれぞれｘ軸方向に延び、短辺はそれぞれｙ軸方向に延びる。誘電体基板１２のサイズは、例えば４ｍｍ×１２ｍｍである。

放電電極１４は、ｘ軸方向に延びるように上面１２ａ上に形成される。放電電極１４の抵抗値は、例えば１００Ω／ｍｍ²以下である。放電電極１４の先端直下にはスルーホール３１が形成される。スルーホール３１は、誘電体基板１２を上面１２ａから下面１２ｂへと貫く。このスルーホール３１の上面１２ａにて放電電極１４は電気的に接続される。

端子電極３０は、放電電極１４と概ね対向するように、下面１２ｂ上のｘ軸正方向の端部に設けられる。端子電極３０は、スルーホール３１の下面１２ｂで接続電極３３を介して導通し、外部回路と放電電極１４とを接続する役割を果たす。なお、放電電極１４及び端子電極３０の材料としては、例えば導電ペースト又はサーメットがある。導電ペーストの主成分としては、金、銀、パラジウム、プラチナ、銅又はニッケルがある。

誘導電極１６は、ｘ軸方向に延びるように下面１２ｂ上に形成される。これにより、放電電極１４と誘導電極１６とは、誘電体基板１２の厚み方向（ｚ軸方向）に互いに対向し、誘電体基板１２は、放電電極１４と誘導電極１６との間に配置される。誘導電極１６は例えば銀からなり、その抵抗値は、例えば１００Ω／ｍｍ²以下である。

端子電極３２は、下面１２ｂ上であって、誘導電極１６のｘ軸の負方向の端部に設けられ、外部回路と誘導電極１６とを接続する役割を果たす。

また、オゾン発生素子１０は、好ましい構成として、保護膜２０，２２を備える。保護膜２０は、少なくとも放電電極１４を覆うように、放電電極１４及び誘電体基板１２上に設けられる。また、保護膜２２は、端子電極３２と端子電極３０とを除く部分を覆うように、誘導電極１６及び誘電体基板１２上に設けられる。保護膜２０は例えばガラスのような絶縁性材料からなり、また、保護膜２２は例えばガラス又はシリコン樹脂のような絶縁性材料からなる。保護膜２０，２２は、放電電極１４及び誘導電極１６が酸化したり誘電体基板１２から剥離したりすることを防止する役割を果たす。

前述のとおり、従来のオゾン発生素子は高湿度下で放電維持することが難しい。この理由は、以下であると考えられる。誘電体基板１２の材料であるアルミナの固有容量は湿度に依存する。つまり、通常環境下と高湿度環境下とでは誘電体基板１２の固有容量が変わり、放電電極１４からの放電開始電圧（放電開始条件）が変わる。このような放電開始電圧の変化により、従来のオゾン発生素子では高湿度下での放電維持が難しい、と考えられる。

放電維持のために、オゾン発生素子１０は、放電電極１４上に保護膜２０を介して形成された撥水層４０を備える。撥水層４０は、放電電極１４の表面に水分が付着しないように水分を弾く。撥水層４０の厚さは、実験の結果、最大１０ミクロン以下であれば放電することが確認できた。好ましくは５ミクロン以下で、さらに好ましくは３ミクロン以下である。撥水層４０の材質は、例えば、フッ素系樹脂を溶剤に溶解して溶液化したフッ素コーティング剤である。フッ素コーティング剤は、上面１２ａ側（放電電極１４側）のみのコーティングであれば、ブラシ（はけ）により塗布することができ、上面１２ａ側の全面に塗布することも容易である。また、上面１２ａ及び下面１２ｂの双方の全面をコーティングするのであれば、オゾン発生素子１０をフッ素コーティング剤に浸漬させる。

なお、本実施形態では、撥水層４０は保護膜２０を介して放電電極１４上に形成される（図２（ａ）を参照）。しかし、これに限らず、撥水層４０は放電電極１４の直上に設けられても構わない。

上記構成のオゾン発生素子１０において、端子電極３０，３２の間には、例えば２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数で４〜６ｋＶの交流高電圧が印加される。交流高電圧が印加されると、放電電極１４の外縁近傍に交流高電圧の交流周期に合わせて強い電界が形成される。この際、放電電極１４の外縁近傍から電子が放出されて誘電体基板１２に付与される現象と、その電子が誘電体基板１２から放電電極１４に戻る現象とが繰り返し発生する。これにより、放電電極１４の周辺には放電が発生し、放電電極１４近傍を通過する酸素から放電により、オゾンが生成される。

（オゾン発生素子の効果について）
まず、図３を参照して、オゾン発生素子１０の周囲温度に対する、オゾン発生素子１０の放電停止時の湿度を測定する環境について説明する。図３において、恒温恒湿槽５０には、フッ素コート剤が塗布されたオゾン発生素子１０と、温湿度計５２のセンサプローブ５４と、高圧電源ユニット５６とが槽内に設置される。

上記環境下で、本願発明者は、オゾン発生素子１０の周囲温度を所定値で一定にした後、高圧電源ユニット５６により６．０ｋＶｐ−ｐ（ピークトゥピーク値）の交流高電圧をオゾン発生素子１０に印加した。高圧電源ユニット５６は、オン時間が３．０ｍｓかつオフ時間が４１０ｍｓで周期的に駆動される。この交流高電圧により、オゾン発生素子１０は沿面放電しオゾンを発生する。この間槽内の湿度を徐々に上げ、オゾン発生素子１０による放電波形をオシロスコープ５８で観測した。また、本願発明者は、この放電波形に基づき放電停止を判断し、放電停止時の湿度を温湿度計５２で測定した。同様の手法で、周囲温度が１０℃から５０℃までの範囲を５℃刻みで、放電停止時の湿度を測定した。

オゾン発生素子１０における放電停止時の湿度の測定結果が、図４中に四角形のマーク”□”でプロットされている。なお、参考のため、図４には、フッ素コート無しのオゾン発生素子による測定結果が三角形のマーク”△”でプロットされている。図４からも明らかなように、実測の結果、いずれの周囲温度においてもフッ素コート剤が塗布されたオゾン発生素子１０の放電停止湿度が、フッ素コート無しのオゾン発生素子の放電停止湿度を上回っている。この結果について、以下のように考えられる。すなわち、フッ素コート剤により放電電極１４上の水分を除去した結果、実際には高湿度環境下であっても固有容量及び放電開始電圧が通常環境下の値に近くなり、それによって高湿度下でも放電維持が可能となったと考えられる。以上のとおり、本オゾン発生素子１０によれば、高湿度環境下でも放電を維持することができる。

また、本オゾン発生素子１０によれば、端子電極３０は、スルーホール３１により端子電極３２と同じ下面１２ｂ（誘導電極１６側）に設けられている。このように端子電極３０，３２が下面１２ｂ側に設けられているので、上面１２ａ側（放電電極１４側）に撥水層４０をブラシにより形成したり、端子電極３０，３２に接続される配線をオゾン発生素子１０の外部回路へと引き出したりすることが容易になる。なお、端子電極３０，３２に配線を接続する場合には、例えば、フープ端子を用いることができる。

また、以上の実施形態では、フッ素コーティング剤により撥水層４０を形成する例について説明した。しかし、これに限らず、厚さを１０ミクロン以下に形成するのであれば、撥水層４０は、シリコン樹脂やガラスで形成されても構わない。

本発明に係るオゾン発生素子は、高湿度環境下でも放電を維持可能であり、除菌機能等を備えるエアコンディショナー又は空気清浄器等に有用である。

１０オゾン発生素子
１２誘電体基板（誘電体層）
１４放電電極
１６誘導電極
２０，２２保護膜
３１スルーホール
３０，３２端子電極
４０撥水層

Claims

放電によりオゾンを生成するオゾン発生素子であって、
放電電極と、
前記放電電極に対向する誘導電極と、
前記放電電極と前記誘導電極との間に設けられた誘電体層と、
前記放電電極上に形成された撥水層と、
を備える、オゾン発生素子。
前記放電電極と前記誘導電極は、前記誘電体層の厚み方向に対向する、
請求項１に記載のオゾン発生素子。
前記撥水層はフッ素コート層である、
請求項１又は２に記載のオゾン発生素子。
前記撥水層は、前記誘電体層における前記放電電極の配置面の全面に形成される、
請求項１〜３のいずれかに記載のオゾン発生素子。
前記オゾン発生素子は、さらに、
前記撥水層と前記放電電極の間に形成される保護膜、
を備える、請求項１〜４のいずれかに記載のオゾン発生素子。
前記オゾン発生素子は、さらに、
前記誘導電極上に形成される保護膜、
を備え、
前記撥水層は、前記誘電体層における前記誘導電極の配置面の全面に形成される、
請求項１〜５のいずれかに記載のオゾン発生素子。
前記オゾン発生素子は、さらに、
前記誘電体層を貫通し、前記放電電極と接続されたスルーホール、
を備え、
前記スルーホールはさらに、前記誘導電極側に設けられた端子電極と接続される、
請求項１〜６のいずれかに記載のオゾン発生素子。