JP5974269B2 - 活性種発生ユニットおよびこれを用いた活性種発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、室内空間の除菌や脱臭を行う、コロナ放電を利用した活性種発生装置に関するものである。

従来、コロナ放電を利用して、オゾンやマイナスイオンなどを発生させる装置が知られている。その構成は、針電極と、アース電極とを有し、前記針電極とアース電極間に高電圧を印加して、針電極先端部においてコロナ放電を生起させ、このコロナ放電により、オゾンおよびマイナスイオンを発生させるものであった（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１８３４８号公報

上記従来の特許文献１に記載の装置では、放電のスパークを防止するために、放電電極としての針電極と対向電極としてのアース電極の距離を離す必要があった。また、針電極とアース電極を平行に配置しているため、イオン風の発生方向と、コロナ放電の発生部位がずれ、生成したオゾンなどの活性種を効率的に拡散させることができず、活性種の発生量を増やすことは困難であった。

そこで、本発明は、放電のスパークを防止しつつ放電電極と対向電極の距離を近づけ、活性種の発生量を増やすことができる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。

そして、この目的を達成するために本発明は、ケースと、このケースの電極挿入口からこのケース内に、その先端側が挿入された放電電極と、前記ケース内における放電電極の先端側近傍で、この放電電極の先端側に対して略垂直方向に配置した半導電部とを備え、前記半導電部は、セラミック製の絶縁性基板と、この絶縁性基板の、前記放電電極先端側の表面に設けた半導電性の被覆体で構成され、前記放電電極の先端側に対向する前記絶縁性基板に孔部と、この絶縁性基板の外周近傍に電源接続部を設け、前記半導電性の被覆体の開口縁部分は、この孔部内の前記放電電極先端側に突出し、この突出部は、前記絶縁性基板の孔部端面の放電電極側を覆うＲ面を形成し、前記電源接続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構成とし、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、ケースと、このケースの電極挿入口からこのケース内に、その先端側が挿入された放電電極と、前記ケース内における放電電極の先端側近傍で、この放電電極の先端側に対して略垂直方向に配置した半導電部とを備え、前記半導電部は、セラミック製の絶縁性基板と、この絶縁性基板の、前記放電電極先端側の表面に設けた半導電性の被覆体で構成され、前記放電電極の先端側に対向する前記絶縁性基板に孔部と、この絶縁性基板の外周近傍に電源接続部を設け、前記半導電性の被覆体の開口縁部分は、この孔部内の前記放電電極先端側に突出し、この突出部は、前記絶縁性基板の孔部端面の放電電極側を覆うＲ面を形成し、前記電源接続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構成としたものであるので、放電のスパークを防止しつつ放電電極と対向電極の距離を近づけ、活性種の発生量を増やすことができる。

すなわち、本発明においては、半導電部と放電電極に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構成としたことにより、半導電部と放電電極の距離を近くでき、その結果放電電流が増えるため、活性種の発生量を増やすことができるとともに、装置をより小型化できるものである。

また、半導電部が前記放電電極の先端側近傍に対向する部分に孔部を有し、この孔部周辺を放電域とし孔部周辺で活性種を発生するため、この孔部を通過する空気に発生した活性種を供給でき、イオン風を効率的に利用して、発生した活性種を拡散できるものである。

また、本発明においては、ケースの電極挿入口からこのケース部内に、その先端側を挿入した放電電極と、前記放電電極の先端側近傍に対向配置した半導電部を設けたことにより、放電電極と半導電部間に高電圧が印加された場合でも、放電電極と半導電部間を流れる電流は、放電電極から半導電部の孔部端面、すなわち内周側から半導電部内を面方向に流れた後に、半導電部の外周側端面（電源接続部）へと到達することになる。

つまり、放電電極と半導電部間に高電圧が印加された場合でも、放電電極と半導電部間の沿面距離が長くなり、電子が半導電部を介してより長い距離にわたって流れることになるため、瞬間的な短絡による火花放電が起こりにくく、その結果として、安全性の向上が図れるものである。

また、放電電極と半導電部間の沿面距離が長くなることにより、放電範囲が広がり、より広い範囲から活性種が生成するため、安全性の向上が図れるものである。また、集中的に高濃度の活性種が生成することがないため、半導電部の劣化が起こらず持続的に活性種を放出することができるものである。

さらに、活性種として過酸化水素を発生させる場合には水が必要である。半導電部内に電流が流れることによって、電気抵抗によって半導電部が発熱するため、半導電部近傍の空気が暖められる。この暖められた空気には、周辺の暖められていない空気から相対湿度差によって水分が移動し、暖められた空気内の保有水分は増加する。特に、半導電部の孔部周辺には多くの電流が流れているため発熱量が多く、空気の保有水分量が増加している。

そこで孔部周辺の水分量の増加した領域において、半導電性の被覆体を絶縁性基板の孔部内へ曲面状に突出させ、絶縁性基板の孔部端面の放電電極側を覆うＲ面を形成することによって、空気中の水分を有効に利用した活性種の発生表面積を増やし、活性種の発生量を増やすとともに、孔部端面がエッジ部を有しないため、渦等による乱流を発生させず、孔部を通過する空気を滑らかに流すという効果を奏する活性種発生ユニットおよびこれを用いた活性種発生装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における活性種発生装置を設置する屋内の斜視図 同活性種発生装置の断面図 同活性種発生装置の断面図 同活性種発生ユニットの断面図 同活性種発生ユニットの分解斜視図 同活性種発生ユニットの導電部および絶縁性基板の分解斜視図 同活性種発生ユニットの半導電部および導電部の電子の流れ方の概念図 同活性種発生装置における、半導電部の表面抵抗率とスパーク距離の関係を示すグラフ 同活性種発生装置における、放電距離と電圧の関係を示すグラフ 同活性種発生ユニットの半導電部近傍の拡大断面を示す構成図 （ａ）同活性種発生ユニットの断面を示す斜視図、（ｂ）Ａ部の拡大断面を示す構成図 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 同活性種発生装置におけるマイナ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に示すように、部屋１の床２上には、活性種発生装置３が配置されている。この活性種発生装置３は、部屋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。また、活性種を含む空気を衣類やカーテン等にあてることによって、衣類やカーテンの脱臭・除菌などの効果が期待できる。

図２は、図１における活性種発生装置３の断面図を示している。図３は、図２とは部品配置が異なる活性種発生装置３の断面図を示している。

活性種発生装置３は、吸気口４と排気口５を有する本体ケース６と、この本体ケース６内の送風手段７および活性種発生ユニット８とを備えている。

本体ケース６は、略中央に位置する仕切板部９によって、吸気口４と排気口５とを連通する風路部１０と、空間部１１とに分けられている。

送風手段７は、本体ケース６の仕切板部９に固定された電動機１２と、この電動機１２によって回転する羽根部１３と、この羽根部１３を囲むケーシング部１４とから形成している。ケーシング部１４の吸込口１５は、本体ケース６の吸気口４に対向している。送風手段７によって、吸気口４から吸い込んだ空気は、活性種発生ユニット８の一部を介して、排気口５へ送風されるものである。

なお、図３では活性種発生ユニット８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８自体は本体ケース６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８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８を複数備えてもよい。

活性種発生ユニット８は、図４〜図５に示すように絶縁性基板１６と、絶縁性基板１６の一方面で、孔部２１に対向して配置された放電電極１７と、絶縁性基板１６の孔部２１の内面と絶縁性基板１６の放電電極１７側の表面とに設けた半導電部１８と、この半導電部１８の外周部を覆うごとく設けた導電部２３と、この導電部２３と電気的に接続された電源接続部１９と、この電源接続部１９および放電電極１７に電圧を印加する電源部２０（図２、図３に記載）と、枠体２６と帯電防止板２８からなる支持部材２２と、固定蓋２４から形成している。

支持部材２２および固定蓋２４の組立て時の形状は、空気が直線的に通過可能な筒形状としても良いし、空気を側面から導入して上面から排出する開口部を備えた箱形状としてもよい。図２は箱形状として、下面から空気を導入し、側面から排出する構成である。図３は、筒形状として下面から空気を導入し、上面から排出する構成である。

図３の部品配置では、孔部２１は、本体ケース６の排気口５に対向しており、送風手段７によって、吸気口４から吸い込んだ空気の一部は、放電電極１７の周囲を通り、孔部２１を介して、排気口５へ送風されるものである。

図４には、活性種発生ユニット８の断面図が示されている。図５は、活性種発生ユニット８の分解斜視図を示している。図６は、活性種発生ユニット８の導電部２３および絶縁性基板１６の分解斜視図を示している。

活性種発生ユニット８は、上述のごとく絶縁性基板１６と、この絶縁性基板１６の一方面で、孔部２１に対向して配置された放電電極１７と、絶縁性基板１６の孔部２１の内面と絶縁性基板１６の放電電極１７側の表面とに設けた、電流を流すことによって発熱して近傍の水分量を増加させる効果を有する半導電部１８と、この半導電部１８の外周部を覆うごとく電気的に接続されるように設けた導電部２３と、この導電部２３と電気的に接続された電源接続部１９と、電源部２０を設けたものである。電源接続部１９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。

活性種発生ユニット８は、放電電極１７を保持する支持部材２２と、絶縁性基板１６と固定蓋２４を備えている。支持部材２２は、仕切板部９（図２、図３に記載）に固定されている。箱状のケース部は支持部材２２と、固定蓋２４で構成されている。

絶縁性基板１６は、四角平板形状であり、略中央に開口する孔部２１を有している。なお、絶縁性基板の形状は円形や多角形であってもよい。

絶縁性基板１６は、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く、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は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｇを含む酸化物あるいは複合酸化物、炭化物、窒化物などを用いることができ、コストと入手のしやすさからアルミナが好適である。なお、絶縁性基板１６の表面抵抗は、１０¹⁰Ω／□以上であることが望ましい。

放電電極１７は、図５に示すように、針状電極２９と一端に電源接続部３０を有する板状部材で構成され、支持部材２２の帯電防止板２８の中央開口から垂直方向に延び、絶縁性基板１６の一方面に対向している。なお、針状電極２９の代わりに棒状電極を用いてもよく、支持部材２２は多数の開口を備えて通気可能であってもよい。

そして、放電電極１７の先端は、絶縁性基板１６から数ミリメートル〜数十ミリメートル程度の所定距離を隔てて、孔部２１の外で、かつ孔部２１の略中心軸上に位置するものである。略中心軸上とは、孔部２１の中心を通り、絶縁性基板１６に対して垂直な軸上を示す。放電電極１７の材質は、コロナ放電をさせるＳＵＳなどのステンレスやタングステン、チタン、Ｎｉ−Ｃｒ合金などである。放電可能であれば、炭素・スズ・ＳｉＣなどを含む電極を用いてもよい。

なお、針状電極２９の先端部は鋭利な円錐状、円柱状、半球状などの形状を利用することができる。鋭利な先端を用いた場合、放電集中が起こりやすいため、比較的低い電圧でコロナ放電を行うことができる。針先の形状を、円柱状あるいは半球状にした場合は、特定の部分に電荷集中が起こらない。そのため、針形状に比べると高い電圧を印加しないとコロナ放電が発生しないが、電荷が分散した状態でコロナ放電が継続されることから、針形状に比べて長時間劣化しにくい放電電極とすることができる。これは、鋭利な針先には電荷集中によって金属の溶融やほこりの集中付着が起こりやすいためである。

半導電部１８は、図６に示すように、絶縁性基板１６の一方面側の表面、つまり、放電電極１７と対向した面と、絶縁性基板１６の孔部２１の内面とに設けられた半導電性の被覆で、放電電極１７側から見ると、半導電部１８の形状はリング形状である。

半導電部１８の表面抵抗は、１０⁶から１０¹⁰Ω／□であることが望ましい。ここで、表面抵抗率は、１０００Ｖ印加時の値である。

表面抵抗率の測定方法は以下の２種類の方法があり、本実施の形態では方法１で行った。

方法１は、円柱状の主電極と主電極の周りを取り囲むようにリング状の対電極をそれぞれの距離が一定となるように試験片上に置き、主電極と試験片の間には接触抵抗を減らすために、導電性ゴムを挟む。次に主電極はアース側、対電極には１０００Ｖを印加し、その間に流れる電流を測定し表面抵抗Ｒを算出し、試験片上で電流の流れる方向の距離Ｌと、電流の流れ方向と垂直方向の電極の長さＷから表面抵抗率ρｓを求める方法である。

ρｓ＝Ｒ×Ｌ／Ｗ
表面抵抗率の単位は［Ω／□］または単に［Ω］を使用するが、本特許では、単なる抵抗値との区別が容易な［Ω／□］を用いている。

方法２は、試験片の両側に平行に一定の距離を置いて同じ長さの導電性テープを貼り付け、それぞれのテープは方法１における主電極と対電極となり、同様に主電極となる側にはアースへ、対電極となる側には１０００Ｖを印加して、その間に流れる電流から算出した表面抵抗Ｒと、導電性テープ間の距離Ｌと、導電性テープの長さＷより表面抵抗率を測定する。

図６は、半導電部１８の周縁部近傍の表面外周部を覆う位置に導電部２３を設け、この導電部２３は電源接続部１９と半導電部１８と電気的に接続しているものである。このとき、放電電極１７から導電部２３までの最短距離は、放電電極１７から半導電部１８までの最短距離よりも長いものである。図６の例では、導電部２３は、四角形状の金属性平板であり、孔部２１の外周よりも大きく、かつ、半導電部１８の外周よりも小さい貫通孔２５を有する。

このような構成とすることにより、放電電極１７と電極端子１９間を流れる電流は、例えば放電電極１７から絶縁性基板１６の孔部２１の内面を覆う半導電部１８を流れた後に、絶縁性基板１６の一方面表面を覆う半導電部１８を流れ、その後、導電部２３を介して、ようやく電源接続部１９へと到達することになる。つまり、沿面距離が長いので、その結果として火花放電が起こらず、安全性の向上が図れるものである。

ここで、導電部２３の表面抵抗率は、半導電部１８の表面抵抗率より小さいものである。具体的には、半導電部１８の表面抵抗率は、１０⁶Ω／□以上から１０¹⁰Ω／□未満であり、導電部２３の表面抵抗率は、１０⁶Ω／□未満であり、電源接続部１９の表面抵抗率は、１０^-1Ω／□以下であることが望ましい。

次に、導電部２３を備えた場合の効果について説明する。図７に、活性種発生ユニットの半導電部および導電部の電子の流れ方の概念図を示す。（Ａ）は導電部２３を備えない場合、（Ｂ）は導電部２３を備えた場合である。放電電極１７からのコロナ放電によって生じた電子が、孔部２１の内面を覆う半導電部１８のＰ地点に達したとすると、電子はＰ地点から半導電部１８を流れて直線的に電源接続部１９に到達する。一方、電子がＱ地点に達したとすると、電子はＱ地点から孔部２１の周囲を通って最短距離で電源接続部１９に到達する。このように、（Ａ）導電部２３がない場合には、半導電面のなかに電子密度のかたよりが生じやすく、結果として発生する活性種の量にも部分的なかたよりが生じやすくなる。

一方、（Ｂ）導電部２３がある場合、Ｒ地点に到達した電子も、Ｓ地点に到達した電子も、孔部２１から外周方向に拡散する方向に流れようとする。つまり、半導電部１８に均一に電子が拡散し、活性種の発生も均一に発生することから、活性種発生量を増やすことができるものである。また、電子密度の局所的な集中が生じないため、半導電部の部分劣化が生じにくいという効果を得ることができる。

導電部２３は、孔部２１の中心から略等距離に位置するものである。具体的には、半導電部１８の孔部２１の外周から外方へ略等距離延びた位置で電気的に接続するリング形状であり、この周縁部に導電部２３が位置するものである。つまり、放電電極１７の先端から略等距離に導電部２３が位置するものである。

これにより、導電部２３は、孔部２１の外周から略等距離に位置するので、放電電極１７と電源接続部１９間に高電圧が印加された場合に、放電電極１７と電源接続部１９間を流れる電流は、導電部２３全周に均一に流れ易くなる。また、半導電部１８の周縁部まで流れた電流は、導電部２３の表面抵抗率が、半導電部１８の表面抵抗率より小さいものであるので、導電部２３を介して電源接続部１９へ到達し易くなる。

すなわち、半導電部１８の広い範囲に電流が均一に分散し、更に、半導電部１８の周縁部に位置する導電部２３へ広がるように電流が流れるので、半導電部１８の狭い範囲に電流が集中し、集中的に活性種を生成することなく、さらに局所的に発熱することがないため、半導電部１８の劣化を抑制することができるものである。また、半導電部１８の広い範囲に電流が分散するので、ＯＨラジカルの発生量が増加するものである。

導電部２３は、金属製平板であることが望ましい。導電部２３をＡｇ、Ｃｕ、カーボンなどを含む導電性インクによる印刷で形成することもできるが、長期間使用する際には導電インクの劣化が課題となる。金属製平板であれば、インクに比べて、放電によって生成した活性種に対する酸化安定性が優れているため、結果として活性種を安定して発生させることができる。

導電部２３は、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、アルマイト処理を施したアルミニウムのいずれかからなるものであることが望ましい。これらの金属は、オゾン等の活性種に対する耐性が高いため、オゾン等の活性種による腐食に強く、導電部２３の耐久性を向上できるからである。なお、導電部２３は、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２３の表面抵抗は、１０^-1Ω／□以下であることが望ましい。

また、電源接続部１９は、絶縁性基板１６における一方面の裏側に位置する他方面、又は絶縁性基板１６における一方面と他方面との間の外周面に接して設けられているものであっても良い。これにより、放電電極１７から流れる電子が、絶縁性基板１６の表面を伝って流れる際に、電子の移動する距離である、いわゆる沿面距離が伸びることで、火花放電が起こりにくくなる。なお、これに限られること無く、電源接続部１９を絶縁性基板１６の表面に設ける場合には、十分な沿面距離を確保した状態で配置することが必要となる。

ここで、図８、図９を用いて、活性種発生量が増加する仕組みを説明する。

図８に、本実施例の活性種発生ユニットの構成において、放電電極１７と電源接続部１９に−８ｋＶを印加した際の、半導電部１８の表面抵抗率とスパーク距離の関係を示す。表面抵抗率は対数表示であり、スパーク距離は、放電電極１７と半導電部１８の最短空間距離である。表面抵抗率が１０⁶Ω／□より低い範囲ではスパーク距離は６ｍｍである。つまり、活性種発生ユニットとしては、放電電極１７と半導電部１８を６ｍｍより離す構造にする必要があり、装置を小型化することができない。

一方、表面抵抗率が１０⁶Ω／□以上の範囲では、スパーク距離は０ｍｍであり、スパークは発生しない。従って、放電電極１７と半導電部１８の距離を６ｍｍ以下にすることができ、活性種発生ユニットの小型化を実現できる。放電電極１７の先端側近傍に半導電部１８を備えるとは、例えば−８ｋＶを印加した場合、放電電極１７と半導電部１８の距離を６ｍｍ以下にした構成であり、この距離の６ｍｍは、印加電圧により設定される。

図９に、放電電流を一定にした場合の、電圧に対する放電距離の関係を示す。放電距離は、放電電極と半導電部の最短距離である。放電電流は放電の強さを示し、放電電流が増えると活性種の発生量は増加する。放電距離が狭い条件では、わずかに電圧をあげるだけで放電電流を増加させ、活性種発生量を増やすことができる。例えば、放電距離３ｍｍにおいては、電圧を−３．５ｋＶから−４．０ｋＶに０．５ｋＶ増加させることで、放電電流を５μＡから３０μＡまで、約６倍増加させることができる。一方、放電距離が１０ｍｍの場合、電圧を−６．１ｋＶから−６．６ｋＶに０．５ｋＶ増加させても、放電電流は５μＡから１０μＡに変化するのみであり、約２倍しか増加しない。

すなわち、図８で説明したように表面抵抗率を１０⁶Ω／□以上とし、放電距離を短くできれば、わずかな電圧変化で放電電流を大幅に増加させることが可能であり、コロナ放電を高出力化させて活性種発生量を増やすことができる。

放電電極１７の先端は、孔部２１の略中心軸上に配置されることが望ましい。放電電極１７と電源接続部１９に電気的に接続された半導電部１８に高電圧が印加された場合、放電電極１７と半導電部１８間をながれる電流は、半導電部１８の孔部２１外周面から導電部２３を介して、電源接続部１９に到達する。つまり、放電電極１７を中心として円周方向の周囲に半導電部１８が位置するので、半導電部１８の広い範囲に電流が分散することになり、発明の効果で説明したように半導電部１８近傍の空気には広い範囲で発熱による水分量の増加が起こり、その広い範囲で分散して放電するため、結果として活性種を安定して発生させることができるものである。

放電電極１７の先端の断面形状と、半導電部１８の孔部の形状は、同種の形状であってもよい。例えば、円状の孔部に対して、先端が円柱状または半球状の放電電極１７を用いた場合には、放電部分の先端部の断面形状が円状になっているため 放電電極１７を中心として円周方向に広い範囲に分散して放電が発生する。その結果、先端が鋭利な針状の放電電極１７を用いる場合に比べて、局所的な放電集中が起こりにくく、放電電極１７の劣化を抑制することができ、結果として活性種を安定して発生させることができるものである。

さらに、半導電部１８の広い範囲に電流が分散するので、ＯＨラジカルなどの活性種の発生量が増加するものである。また、集中的に高濃度の活性種が生成することがないため、半導電部の劣化が起こらず持続的に活性種を放出することができるものである。

また、空気中の水分を有効に利用して活性種の量を増やすことができるので、水分の捕集のためにゼオライトなどの吸着剤を利用する必要がなく、吸着剤が劣化することがなく、安全性と持続性に優れた活性種発生ユニットとすることができる。なお、孔部の形状としては、円形状ではなく、四角形・多角形・楕円形状としてもよい。

なお、放電電極１７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１６と半導電部１８と導電部２３と電源接続部１９からなる構成を説明したが、電極として半導電部１８と電源接続部１９のみを用いてもよい。すなわち、絶縁性基板１６と同形状の孔空き平板状の半導電部１８を電源接続部１９に電気的に接続する構成でもよい。このような構成とすることによって、構造が簡易になり組立てやすい活性種放出ユニットにすることができる。さらに、導電部および絶縁性基板の厚みを減らすことで、より小型の活性種発生ユニットとすることができる。

次に本発明の特徴部分を説明する。

図１０に示すように、半導電性の被覆体を絶縁性基板の孔部内へ曲面状に突出させ、絶縁性基板の孔部端面の放電電極側を覆うＲ面を形成している。

このような構造は、以下のような手順で形成することができる。

半導電部１８は、絶縁性基板１６の表面にスクリーン印刷によりスキージで半導電インクを塗布したものである。半導電インクは、酸化スズなどの導電剤とガラス粉などの接着剤を含み、前記成分を溶剤に混合あるいは溶解させたものである。

絶縁性基板１６の孔部２１上をスクリーンを介して半導電インクをスキージで押すことにより、スクリーンがたわみ、孔部２１の開口縁部に、半導電インクが、押し出され、押し出された半導電インクは、孔部２１端面の放電電極１７側を覆うようにＲ面３１を形成する。

これにより、放電電極１７の先端から放出された電子を受け取る面積が増加し、また、半導電部１８の発熱面積が増加することから、水分がより多くコロナ放電により分解され、活性種の発生量を増加することにより、活性種による浄化作用の向上をはかることができる。

また、図２、図３で説明した活性種発生装置３においては、図１１（ｂ）の矢印で示したような空気の流れであり、支持部材２２の内周縁の放電電極１７側の端面をＲ面３２、固定蓋２４の絶縁性基板１６反対側の開口縁部をＲ面３３とすることにより、孔部２１を通過する空気を滑らかに流すことができるとともに、孔部２１を通過し活性種成分を含んだ空気も活性種発生装置３外へ拡散しやすくなるという効果を奏する。

すなわち、以上の構成により、空気中の水分を有効に利用した活性種の発生表面積を増やし、活性種の発生量を増やすとともに、孔部２１端面がエッジ部を有しないため、渦等による乱流を発生させず、孔部２１を通過する空気を滑らかに流すという効果を奏する。

接着剤は、導電剤粒子と、絶縁性基板１６とを接着できればよい。接着剤としてガラス粉やコロイダルシリカ、シリケート化合物、チタネート化合物などを用いてもよい。ガラス粉は化学的に不活性で耐酸化性があり、好ましい。アルミナやジルコニア、チタ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。接着剤の大きさは、形状を安定化させるために導電材粒子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。

導電剤粒子としては、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。導電剤としての酸化スズ（ＳｎＯ₂）にＳｂなどをドープしたものを用いてもよい。

半導電部１８として、導電剤としてのＳｎＯ₂と、接着剤としてのガラスを用いる場合の構成割合は、１：４〜１：１、すなわち導電剤が２０〜５０％、ガラスが８０〜５０％が好ましく、強度面から接着剤としてのガラスは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、導電剤を２０％以上いれることが望ましい。

接着剤としてガラスを用いる場合には、ガラス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クを絶縁性基板１６に印刷し、ガラスが溶融する温度まで加熱して、ガラス中に導電剤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クに、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。

また図１０に示すように、支持部材２２と半導電部１８との間にＯリング２７を設けている。活性種発生ユニット８組立て時に、Ｏリング２７を半導電部１８に密着させることにより、放電電極１７から電源接続部１９へ支持部材２２と半導電部１８との隙間を通過して直接放電することを防止できるとともに、支持部材２２と半導電部１８との隙間からの塵埃の侵入も防止でき、電源接続部１９を構成する金属の腐食を防止することができる。

ここで、放電電極１７にプラスの電圧を印加した場合について図１２を用いて説明を行う。

図１２のように、この放電電極１７に、電源部２０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１７表面に強い電界が形成される。放電電極１７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、半導電部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、半導電部１８から放電電極１７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後述のごとく、ＯＨラジカル（活性種の一例）が発生する。ここで、３〜１０ＫＶ電圧を印加することによって、十分な活性種量を発生させることができる。１０ｋＶ以上でも活性種は発生するが、放電針の劣化などの副作用が生じるため１０ｋＶ以下で使用することが望ましい。また、３ｋＶ未満では放電が不安定になる場合があるため、３ｋＶ以上で使用することが望ましい。

更に詳細に説明すると、半導電部１８に電流が流れることによって、電気抵抗によって半導電部１８が発熱するため、半導電部１８近傍の空気が暖められる。この暖められた空気には、周辺の暖められていない空気から相対湿度差によって水分が移動し、暖められた空気内の保有水分は増加する。特に、半導電部１８の孔部２１の周辺には多くの電流が流れているため発熱量が多く、空気の保有水分量が増加している。水分があると、オゾンやＯ₂ ^-などの活性種に加えて、Ｈ₂Ｏ₂やＯＨラジカルなども増加する。孔部周辺の水分量の増加した領域において、コロナ放電を生じさせることによって、空気中の水分を有効に利用して、さらに活性種の量を増やすという効果を得ることができる。また、水分の捕集のためにゼオライトなどの吸着剤を利用していないため、吸着剤が劣化することがないという効果を得ることができる。

放電電極１７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、半導電部１８の電子は、放電電極１７に強い力で引き寄せられ、表面から飛び出そうとする。表面から飛び出した電子が、半導電部１８の近くに有る空気中の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、半導電部１８の周囲に存在する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。水分量を増加させた半導電部の周辺でコロナ放電が起こすことにより、水分が電子と反応しやすくなるため、ＯＨラジカルの発生をより行いやすくするものである。

導電部２３の外形を支持部材２２の内部と略同一の四角形状とすれば、活性種発生ユニット８の組立工程において、導電部２３の位置決めを容易にすることができる。

なお、本実施の形態において放電電極１７は、プラスに印加したものであるが、この放電電極１７に印加する電圧はプラスであっても、マイナスであっても良い。

次に、図１３のように、放電電極１７にマイナスの電圧を印加した場合について説明を行う。放電電極１７に、電源部２０により放電電圧をマイナス約３〜１０ＫＶで印加を行うと、放電電極１７表面に強い電界が形成される。放電電極１７にマイナスの高電圧が印加されているため、空気中に遊離電子が放出される。半導電部１８は、プラス側となる。その結果、電子が移動することで、半導電部１８から放電電極１７へ電流が流れる。

図１３の放電電極１７から空気に放出された電子は、半導電部１８の強い電界に強い力で引き寄せられるため、電子が高速で移動し、空気中の分子などと衝突する。このとき高速で移動している電子が、空気中の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。水分があると、オゾンやＯ₂ ^-などの活性種に加えて、Ｈ₂Ｏ₂やＯＨラジカルなども増加する。酸素分子陰イオンが、半導電部１８の周囲に存在する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。水分量を増加させた半導電部の周辺でコロナ放電が起こすことにより、水分が電子と反応しやすくなるため、ＯＨラジカルの発生をより行いやすくするものである。

さらに、このように、放電電極１７と電源接続部１９の間に、半導電部１８介して面方向に電子が流れるため、沿面距離が長くなり、絶縁性基板１６の表面を電流が伝って流れるものである。

放電電極１７の先端からは、イオン風と呼ばれる気流が発生する。この気流は、放電電極１７の先端から絶縁性基板１６の方向に向かって流れる。絶縁性基板１６には孔部２１が備えられているので、発生したＯＨラジカルなどの活性種は、イオン風に沿って孔部２１を通りぬけ、放出されていく。このように、放電電極の先端側近傍に対向配置した半導電部を備え、前記半導電部は、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ていることにより、水分を含む空気がイオン風の力によって常に供給され、孔部２１から抜けていくため、継続的に水分の分解がおこり、安定的に活性種の発生を起こすことができるものである。

図３に示した構成においては、この気流の流れによって、本体ケース６の吸気口４から室内空気が流れ込み、放電電極１７の周囲を通って、絶縁性基板１６の孔部２１を介して排気口５から室内へ排出される排気気流が発生する。

この場合、図２で説明した送風手段７は設けなくてもよく、活性種発生装置３を小型化でき、設置場所を選ばず、卓上等にも設置できる。

ここで、図１２、図１３のようにして発生したＯＨラジカルなどの活性種は、この排気気流に乗って活性種発生装置３から室内へ排出される。このＯＨラジカルなどの活性種を含む空気を部屋内に供給することで、空気中の菌を不活化することができる。また、空気中の臭いを分解して取り除くことで、脱臭効果を発揮させることができる。また、活性種を含む空気を衣類やカーテン等にあてることによって、衣類やカーテンの脱臭・除菌などの効果が期待できる。

以上のように本発明は、ケースと、このケースの電極挿入口からこのケース内に、その先端側が挿入された放電電極と、前記ケース内における放電電極の先端側近傍で、この放電電極の先端側に対して略垂直方向に配置した半導電部とを備え、前記半導電部は、セラミック製の絶縁性基板と、この絶縁性基板の、前記放電電極先端側の表面に設けた半導電性の被覆体で構成され、前記放電電極の先端側に対向する前記絶縁性基板に孔部と、この絶縁性基板の外周近傍に電源接続部を設け、前記半導電性の被覆体の開口縁部分は、この孔部内の前記放電電極先端側に突出し、この突出部は、前記絶縁性基板の孔部端面の放電電極側を覆うＲ面を形成し、前記電源接続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構成としたものであるので、放電のスパークを防止しつつ放電電極と対向電極の距離を近づけ、活性種の発生量を増やすことができる。

すなわち、本発明においては、半導電部と放電電極に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構成としたことにより、半導電部と放電電極の距離を近くでき、その結果放電電流が増えるため、活性種の発生量を増やすことができる。

また、半導電部が前記放電電極の先端側に対向する部分に孔部を有し、この孔部周辺を放電域とし孔部周辺で活性種を発生するため、この孔部を通過する空気に発生した活性種を供給でき、イオン風を効率的に利用して、発生した活性種を拡散できるものである。また、半導電部や放電電極を複数設ける必要がなく、装置を小型化できるものである。

また、半導電部と放電電極に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構成としたことによっても、半導電部と放電電極の距離を近くでき、装置をより小型化できるものである。

また、本発明においては、筒形状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放電電極と、前記放電電極の先端側近傍に対向配置した半導電部を設けたことにより、放電電極と半導電部間に高電圧が印加された場合でも、放電電極と半導電部間を流れる電流は、放電電極から半導電部の孔部端面、すなわち内周側から半導電部内を面方向に流れた後に、半導電部の外周側端面（電源接続部）へと到達することになる。

つまり、放電電極と半導電部間に高電圧が印加された場合でも、放電電極と半導電部間の沿面距離が長くなり、電子が半導電部を介してより長い距離にわたって流れることになるため、瞬間的な短絡による火花放電が起こりにくく、その結果として、安全性の向上が図れるものである。

また、放電電極と半導電部間の沿面距離が長くなることにより、放電範囲が広がり、より広い範囲から活性種が生成するため、安全性の向上が図れるものである。また、集中的に高濃度の活性種が生成することがないため、半導電部の劣化が起こらず持続的に活性種を放出することができるものである。

さらに、半導電部内に電流が流れることによって、電気抵抗によって半導電部が発熱するため、半導電部近傍の空気が暖められる。この暖められた空気には、周辺の暖められていない空気から相対湿度差によって水分が移動し、暖められた空気内の保有水分は増加する。特に、半導電部の孔部周辺には多くの電流が流れているため発熱量が多く、空気の保有水分量が増加している。孔部周辺の水分量の増加した領域において、コロナ放電を生じさせることによって、空気中の水分を有効に利用して活性種の量を増やすという効果を奏することができる。

したがって、活性種発生ユニットおよびこれを用いた活性種発生装置としての活用が期待される。

１ 部屋
２ 床
３ 活性種発生装置
４ 吸気口
５ 排気口
６ 本体ケース
７ 送風手段
８ 活性種発生ユニット
９ 仕切板部
１０ 風路部
１１ 空間部
１２ 電動機
１３ 羽根部
１４ ケーシング部
１５ 吸込口
１６ 絶縁性基板
１７ 放電電極
１８ 半導電部
１９ 電源接続部
２０ 電源部
２１ 孔部
２２ 支持部材
２３ 導電部
２４ 固定蓋
２５ 貫通孔
２６ 枠体
２７ Ｏリング
２８ 帯電防止板
２９ 針状電極
３０ 電源接続部
３１ Ｒ面
３２ Ｒ面
３３ Ｒ面

Claims (10)

1. ケースと、
   このケースの電極挿入口からこのケース内に、その先端側が挿入された放電電極と、
   前記ケース内における放電電極の先端側近傍で、この放電電極の先端側に対して略垂直方向に配置した半導電部とを備え、
   前記半導電部は、
   セラミック製の絶縁性基板と、この絶縁性基板の、前記放電電極先端側の表面に設けた半導電性の被覆体で構成され、前記放電電極の先端側に対向する前記絶縁性基板に孔部と、この絶縁性基板の外周近傍に電源接続部を設け、
   前記半導電性の被覆体の開口縁部分は、この孔部内の前記放電電極先端側に突出し、この突出部は、前記絶縁性基板の孔部端面の放電電極側を覆うＲ面を形成し、
   前記電源接続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ことを特徴とする活性種発生ユニット。
2. 半導電性の被覆は、絶縁性基板に塗布された半導電インクの乾燥物であることを特徴とする請求項１記載の活性種発生ユニット。
   
3. 半導電部の表面抵抗率が、１０⁶Ω／□以上から１０¹⁰Ω／□未満であることを特徴とする請求項１または２記載の活性種発生ユニット。
4. 半導電部の周縁部および／または周縁部近傍の表面に導電部を設け、前記半導電部は前記導電部を介して電源部から電圧を印加していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の活性種発生ユニット。
5. 導電部は、金属製平板からなることを特徴とする請求項４記載の活性種発生ユニット。
6. 導電部の表面抵抗率は、半導電部の表面抵抗率より小さいことを特徴とする請求項４または５記載の活性種発生ユニット。
7. 放電電極は、半導電部の孔部の略中心軸上に位置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の活性種発生ユニット。
8. 放電電極の先端の断面形状と、半導電部の孔部の形状は、同種の形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の活性種発生ユニット。
9. 半導電部の孔部は、円形状であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の活性種発生ユニット。
10. 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１〜９のいずれか一つに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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