JP5552337B2 - イオン発生装置 - Google Patents

Description

放電電極板の表面の一部が露出するように形成されたコーティング層を含むイオン発生装置と、エンジニアリングプラスチック素材で製作された誘導電極及び放電電極を含むイオン発生装置に関するものである。

一般に、イオン発生装置は、高電圧の印加により陽／陰イオンまたは陰イオンとオゾンを発生させるもので、各種空気浄化装置に用いられている。イオン発生装置は、陽イオンを発生させる陽イオン発生部と、陰イオンを発生させる陰イオン発生部と、を含んでいる。陽イオン発生部は、誘導電極及び放電電極を含む沿面電極からなり、陰イオン発生部は、針状電極からなる。

イオン発生装置の沿面電極は、次のように構成される。すなわち、絶縁のための板状の誘電体層が存在し、その上に金属材質で印刷された誘導電極が存在する。誘導電極の上には、絶縁のための誘電体層が存在し、この上に金属材質のプラズマ放電のための放電電極が存在する。放電電極上には、酸化、摩耗を防止するための、誘電体で形成されるコーティング層が存在する。

コーティング層は、沿面電極の放電電極板のパターンラインを含んだ上部表面全体にコーティングされることによってプラズマ放電による放電電極板の損傷を低減させることができたが、イオン発生量が急減する現象を招く。

また、イオン発生用沿面電極の誘導電極及び放電電極は、プラズマ放電を起こす素子であり、高耐久性及び高誘電率のセラミック素材で製作されてきたが（例えば、特許文献１を参照）、セラミック素材は、その製作が難しく、流通、製造において破損の危険が高いため、製品が高単価となる不具合があった。

特開２００６−３４９５７号公報

放電電極板の表面の一部が露出するように形成されたコーティング層を含むイオン発生装置を開示する。また、エンジニアリングプラスチック素材で製作された誘導電極及び放電電極を含むイオン発生装置を開示する。

このために、本発明の一側面によるイオン発生装置は、第１誘電体と第１誘電体に配置される誘導電極とからなる誘導電極板と、第２誘電体と第２誘電体に配置される放電電極とからなる放電電極板と、放電電極板の一部が露出するように放電電極板に結合するコーティング層と、を含み、コーティング層はＰＳＲ素材からなることが好ましい。

特に、コーティング層は、放電電極のパターンラインの尖鋭部の一部が露出するようにコーティングされて形成される、放電電極のパターンラインの尖鋭部の全体が露出するように形成される、または、放電電極の尖鋭部を含んだパターンライン全体が露出するようにコーティングされて形成されることが好ましい。

また、本発明の一側面によるイオン発生装置は、誘導電極と放電電極にそれぞれ連通する電源印加用ホールをさらに含むことができる。

第１誘電体と第２誘電体は、ポリイミドまたはＦＲ−４などを含むエンジニアリングプラスチック素材からなることが好ましい。

また、本発明の一側面によるイオン発生装置は、エンジニアリングプラスチック素材で製作された第１誘電体と第１誘電体に配置される誘導電極とからなる誘導電極板と、エンジニアリングプラスチック素材で製作された第２誘電体と第２誘電体に配置される放電電極とからなる放電電極板と、を含む。

ここで、誘導電極と放電電極にそれぞれ連通する電源印加用ホールをさらに含むことができ、放電電極板に結合するＰＳＲコーティング層をさらに含むことができる。

本発明によると、イオン発生装置の放電電極の表面の一部を露出させるようにコーティング層を形成したため、放電電極板の表面損傷を防止すると同時にイオン発生量を極大化させることができる。また、イオン発生装置の絶縁体として用いられるセラミックを、衝撃に強いとともに製造が容易なエンジニアリングプラスチックに替えたため、イオン発生装置の生産効率を向上させることができる。

本発明の一実施例によるイオン発生装置における沿面電極の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施例によるイオン発生装置における沿面電極の構成を示す側面図である。 本発明の一実施例によるイオン発生装置の、ポリイミドまたはＦＲ−４素材からなる沿面電極の積層構成図である。 本発明の一実施例によるイオン発生装置における沿面電極の表面コーティング方法を示す図である。 本発明の一実施例によるイオン発生装置における沿面電極の表面コーティング方法を示す図である。 本発明の一実施例によるイオン発生装置における沿面電極の表面コーティング方法を示す図である。 本発明の一実施例によるイオン発生装置における沿面電極の表面コーティング方法を示す図である。

以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例によるイオン発生装置における沿面電極の構成を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施例によるイオン発生装置における沿面電極の構成を示す側面図である。

図１及び図２において、本発明の一実施例によるイオン発生装置は、絶縁のための板状の第１誘電体２と第１誘電体２に印刷された金属材質の誘導電極４とからなる誘導電極板と、絶縁のための板状の第２誘電体６と第２誘電体６に印刷された金属材質の放電電極８とからなる放電電極板と、放電電極板の酸化または摩耗を防止するために放電電極板の表面にコーティングされた誘電体材質のコーティング層１０と、を含む。

図２は、イオン発生用沿面電極の積層構造を側面からみた図である。図１で説明したように、第１誘電体２、誘導電極４、第２誘電体６、放電電極８、コーティング層１０が順次積層されており、最下部には、誘導電極４と放電電極８に連通するように第１誘電体２と第２誘電体６をそれぞれ貫通して形成された電源印加用ホール１２ａ，１２ｂがさらに示されている。次に、図１及び図２に示す本発明の一実施例によるイオン発生用沿面電極の作動原理について説明する。

図２を参照すると、電源印加用ホール１２ａ，１２ｂにリード線（図示せず）を介して数ｋＶ〜数千ｋＶの出力を持つ電源供給装置（図示せず）を接続すると、誘導電極４及び放電電極８に電源が印加される。誘導電極４及び放電電極８に電源が印加されるとプラズマ放電が起きイオンが発生する。特に、放電電極８において最も脆弱な箇所であるパターンラインの尖鋭部１４，１６，１８，２０では高電圧による絶縁破壊によりプラズマ放電が最も多く発生する。すなわち、放電電極８の周囲の空気中の水分がプラズマ放電現象により分解され、これにより水素陽イオンが生成される（４Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２＋４Ｈ^＋）。このように生成された水素陽イオンは、金属針状電極（図示せず）で発生した電子と結合して活性水素を生成する（Ｈ^＋＋ｅ⁻→Ｈ）。活性水素は、針状電極で無声放電により発生した酸素イオンと結合してヒドロペルオキシラジカル（ＨＯＯ⁻）を形成し、ヒドロペルオキシラジカル（ＨＯＯ⁻）は、空気中に浮遊する細菌やウイルス表面のたんぱく質成分からの３個の水素原子と反応して水に変わり、水素原子を奪われたウイルスや細菌は除去される。

この時、イオン発生装置の誘導電極４及び放電電極８は、プラズマ放電を起こす素子であり、高耐久性及び高誘電率のセラミック素材で製作されてきたが、セラミック素材は、その製作が難しく、流通、製造において破損の危険がある点から、イオン発生装置の単価を上昇させる一因とされてきた。

より詳細には、セラミック素材は、高価であるとともに、クリーンルームで多層のシート（Ｓｈｅｅｔ）を積層し、金属電極部を印刷する等の精密な作業により１６００℃で製造される。なお、製造過程中に不良が生じる可能性が高く、衝撃による亀裂、破れなどが生じ易いため、運搬、管理などが難しい。しかし、エンジニアリングプラスチックに替えて沿面電極を製造すると、軟性銅箔積層フィルム（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ： ＦＣＣＬ）でエッチング及び積層により電極を製造でき、耐衝撃性及び管理の容易性に優れているから、セラミック素材で製造することに比べて、約３分の１の原価節減効果が得られる。

そこで、本発明の一実施例によるイオン発生装置は、絶縁体として用いられるセラミックをエンジニアリングプラスチック素材に替えることを特徴とする。すなわち、図２で、誘導電極４と放電電極８を絶縁させる第１誘電体２と第２誘電体６をエンジニアリングプラスチックで構成する。エンジニアリングプラスチックには種々のものがあり、特に、ポリイミドまたはＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４）とすることが好ましい。

図３は、本発明の一実施例によるポリイミドまたはＦＲ−４素材からなるイオン発生装置の積層構成図である。

最下部にはポリイミドまたはＦＲ−４素材からなる第１誘電体２が存在し、この上に金属材質の誘導電極４が印刷されている。誘導電極４上には、ポリイミドまたはＦＲ−４素材からなる第２誘電体６が積層され、この上に金属材質の放電電極８が印刷されている。放電電極８上には、放電電極８の酸化または摩耗を防止するために、放電電極８の印刷されている第２誘電体６の表面に誘電体でコーティングされたコーティング層１０がさらに含まれることができる。

ここで、誘導電極４及び放電電極８は、銅板を含む軟性銅箔積層フィルム（ＦＣＣＬ）で製造されることが好ましい。また、図３には、図示してはいないが、第１誘電体２の下部に、誘導電極４と放電電極８に電源を供給するように形成された電源印加用ホール１２ａ，１２ｂがさらに含まれることができ、電源印加用ホール１２ａ，１２ｂの下部には絶縁のためのコーティング層がさらに含まれることができる。後述するが、最上部のコーティング層１０は、フォトソルダレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｓｏｌｄｅｒ Ｒｅｓｉｓｔ： ＰＳＲ）コーティング層とすることが好ましい。

電源印加用ホール１２ａ，１２ｂは、各層のホールを正確な位置であけ、各層ごとにホール内部をメッキした後に積層する方法、または、全体電極を貫通する方法であけた後にメッキする方法で製造することができる。また、セラミックよりも小さい誘電率を持つエンジニアリングプラスチックの特性を補完しセラミック電極と同等または同等以上の性能を持たせるために、誘導電極４と放電電極８間の絶縁体である第２誘電体６の厚さを減少させたり、放電電極８のパターンラインの厚さを増加させたりして積層することが好ましい。

図４乃至図７は、本発明の一実施例によるイオン発生用沿面電極の表面コーティング方法を示す図である。

高電圧を用いる沿面放電の特性上、エンジニアリングプラスチック（ポリイミドまたはＦＲ−４）素材を使用する場合には電極の表面が損傷することがあり、よって、フォトソルダレジスト（ＰＳＲ）コーティングを行い表面損傷を防止する。しかし、ＰＳＲコーティングを電極表面全体に行う場合、本来の目的であるイオン発生が急減してしまう。そこで、ＰＳＲコーティングを行い電極の表面損傷を防止しながらも、イオン発生性能を維持できる沿面電極の表面コーティング方法が要求される。

セラミック沿面電極では、放電電極及び誘導電極がタングステン材質で製作される。しかし、エンジニアリングプラスチック素材で放電電極及び誘導電極を製造する場合は、製作工程が容易であるとともに、耐久性に優れた銅箔で製作可能である。銅箔で製作する場合は、銅箔の耐久性が高いので、最上層のコーティング層は電極の使用環境に応じて設けても良く、設けなくても良い。しかし、高電圧を使用する場合は、誘電体として用いられるエンジニアリングプラスチックが高電圧で発生するプラズマ放電によって損傷することがある。特に、高電圧によってエネルギーが集中する尖鋭部の周辺では損傷の度合がより大きくなる。

上述したように、このような損傷を防止するためにＰＳＲコーティングをすることができるが、こうする場合、イオン及びオゾンを発生させる電極の性能が急激に低下してしまう。そこで、エンジニアリングプラスチック材質で製作された沿面電極の表面損傷を最小化しながらも、イオン及びオゾンを発生させる電極の性能を極大化させうる電極の表面コーティング方法を提示する。

すなわち、エンジニアリングプラスチック材質で製作された沿面電極の表面損傷を最小化しながらも、イオン及びオゾンを発生させる電極の性能を極大化させうるように、放電電極８のパターンラインの一部に対してはコーティングを除外することができる。特に、イオン発生の主要部であるパターンラインの尖鋭部１４，１６，１８，２０をコーティングしないことが好ましい。次に、図４〜図７に、本発明の一実施例による沿面電極表面のコーティング方法を示す。

図４及び図５は、本発明の一実施例によるイオン発生装置の沿面電極表面のコーティング方法であり、特に、放電電極のパターンラインの尖鋭部の一部が露出するようにコーティングする方法を示す図である。

図６は、本発明の一実施例によるイオン発生装置の沿面電極表面のコーティング方法であり、特に、放電電極のパターンラインの尖鋭部の全体が露出するようにコーティングする方法を示す図である。

図７は、本発明の一実施例によるイオン発生装置の沿面電極表面のコーティング方法であり、特に、放電電極の尖鋭部を含んだパターンライン全体が露出するようにコーティングする方法を示す図である。

図４〜図７の方法でコーティング層を形成する理由は、次の通りである。すなわち、ポリイミドやＦＲ−４素材で製作された電極を、既存のセラミック電極と同様に、誘導電極４及び放電電極８と導通している両端の電源印加用ホール１２ａ，１２ｂにリード線を連結して高電圧を印加すると、放電電極で発生するプラズマ放電によって空気中の水分を分解させ、イオン及びオゾンを発生させるが、この場合、本実施例では放電電極の一部のみにはＰＳＲコーティングをしなかったため、放電電極板の表面損傷を防止すると同時にイオン発生量を極大化させることができる。

すなわち、本発明の一実施例によるイオン発生装置の全般的な動作は、下記の通りである。誘導電極４及び放電電極８に電源が印加されると、沿面電極の周囲の空気中の水分が、ＰＳＲコーティングの除外された沿面電極で発生するプラズマ放電現象により分解され水素陽イオンを生成する（４Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２＋４Ｈ^＋）。水素陽イオンは、金属針状電極（図示せず）から発生した電子と結合して活性水素を生成する（Ｈ^＋＋ｅ⁻→Ｈ）。活性水素は、針状電極から無声放電により発生した酸素イオンと結合してヒドロペルオキシラジカル（ＨＯＯ⁻）を形成し、ヒドロペルオキシラジカル（ＨＯＯ⁻）は空気中に浮遊する細菌やウイルス表面のたんぱく質成分からの３個の水素原子と反応し水に変わり、水素原子を奪われたウイルスや細菌は除去される。

このような方法でイオン発生装置の放電電極の表面の一部を露出させるようにコーティング層を形成することによって、放電電極板の表面損傷を防止すると同時にイオン発生量を極大化させることができる。また、イオン発生装置の絶縁体として用いられるセラミックを、衝撃に強いとともに製造が容易なエンジニアリングプラスチックに替えることによって、イオン発生装置の生産効率を向上させることができる。

２ 第１誘電体
４ 誘導電極
６ 第２誘電体
８ 放電電極
１０ コーティング層
１２ａ，１２ｂ 電源印加用ホール
１４，１６，１８，２０ ＰＳＲコーティング除外部

Claims (10)

1. 第１誘電体と該第１誘電体に配置される誘導電極とからなる誘導電極板と、
   第２誘電体と該第２誘電体に配置される放電電極とからなる放電電極板と、
   前記放電電極板の一部が露出するように前記放電電極板に結合するコーティング層と、を含み、
   前記コーティング層は、前記放電電極のパターンラインの尖鋭部の一部が露出するようにコーティングされたイオン発生装置。
2. 前記コーティング層は、前記放電電極のパターンラインの尖鋭部の全体が露出するようにコーティングされたことを特徴とする、請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記コーティング層は、前記放電電極の尖鋭部を含んだパターンライン全体が露出するようにコーティングされたことを特徴とする、請求項１に記載のイオン発生装置。
4. 前記誘導電極と前記放電電極にそれぞれ連通する電源印加用ホールをさらに含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン発生装置。
5. 前記コーティング層は、ＰＳＲからなることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン発生装置。
6. 前記第１誘電体と前記第２誘電体は、エンジニアリングプラスチックからなることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン発生装置。
7. 前記エンジニアリングプラスチックは、ポリイミドまたはＦＲ−４であることを特徴とする、請求項６に記載のイオン発生装置。
8. エンジニアリングプラスチック素材で製作された第１誘電体と該第１誘電体に配置される誘導電極とからなる誘導電極板と、
   エンジニアリングプラスチック素材で製作された第２誘電体と該第２誘電体に配置される放電電極とからなる放電電極板と、
   前記放電電極板の一部が露出するように前記放電電極板に結合するコーティング層と、を含み、
   前記コーティング層は、前記放電電極のパターンラインの尖鋭部の一部が露出するようにコーティングされたイオン発生装置。
9. 前記誘導電極と前記放電電極にそれぞれ連通する電源印加用ホールをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載のイオン発生装置。
10. 前記コーティング層は、ＰＳＲからなることを特徴とする、請求項８に記載のイオン発生装置。

Images