JPH04370688A - コロナ放電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オゾン発生器等に使用
されるコロナ放電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾン（Ｏ３）は極めて強い酸化力を有
し、自然界に存在する酸化剤の中ではふっ素につぐ強い
酸化力をもつ。そのためにオゾンは悪臭除去、排ガス処
理等に有効利用されている。オゾンは自然界では光化学
作用や放射線作用で生成されるが人工的には主に放電の
作用で生成される。

【０００３】放電作用によるオゾン発生器には、例えば
特開昭６１−２３１５７３号のコロナ放電器が知られて
いる。

【０００４】図９は従来のコロナ放電器の概略断面図で
あり、コロナ放電器１００はセラミック等からなり内部
に第１電極１０１を有する誘電体基板１０２と、この誘
電体基板１０１の上表面に付設された第２電極１０３と
からなる。

【０００５】図示する如く第１電極１０１と第２電極１
０３とをリード線１０４で結び、このリード線１０４に
介設した高周波高圧電源１０５にて高周波高電圧が印加
されると想像線Ｃで示すコロナ放電が形成され、このコ
ロナ放電Ｃによってオゾンが生成される。

【０００６】上記コロナ放電器１００は、発生するオゾ
ンの強力な脱臭作用に基いて、トイレ内の臭気の脱臭に
用いられることがある。トイレシステム中の排臭管に介
設される場合には、トイレ内のアンモニア系の臭気を排
出するものであるが、例えば塩素系洗剤で便器を掃除す
る際には、この塩素系ガスが排臭管を通り、排臭管内部
の水滴と結合して塩酸を生成し、この塩酸が図９の第２
電極１０３やリード線１０４を腐食する恐れがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、上記第２電極
１０３やリード線１０４を保護する必要があり、これら
に適当な保護膜でコーティングする試みが為されつつあ
る。

【０００８】しかし、リード線１０４の一端部分１０４
ａの処理が難かしく、この部分１０４ａの耐食性が弱く
なることからその有効な対策が求められている。

【０００９】仮に、リード線１０４の一端部分１０４ａ
を誘電体基板１０２に埋設しようとすると、第１電極１
０１が邪魔であり、スルーホールの形成が極めて難かし
く製造コストが嵩む。

【００１０】そこで本発明の目的は、塩素雰囲気でも使
用可能なるように電極を保護すること並びに保護層を形
成し易いように電極を配列することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、交流電圧が印加されるところの２枚以上の誘導
電極を同一面に一定の間隔を保って配置した状態で誘電
体基板に内包し、この誘電体基板に放電電極を添え、こ
の放電電極を絶縁材保護層でカバーすることでコロナ放
電器を構成する。

【００１２】前記保護層厚みをδ（μｍ）、誘導電極と
放電電極とのギャップに相当する絶縁層厚みをｄ（μｍ
）とし、誘導電極に印加される電圧Ｖ（ｋＶｐｐ）が与
えられた場合に、ｄ＋２δが次式を満足する範囲に設定
されることが望ましい。 Ｖ＞０．０３（ｄ＋２δ）＋２．２

【００１３】また、前記保護層厚みをδ（μｍ）、誘導
電極と放電電極とのギャップに相当する絶縁層厚みをｄ
（μｍ）とし、誘導電極に印加される電圧が３．５〜６
ｋＶｐｐの範囲で与えられた場合に、絶縁層厚みｄが２
５〜７０μｍで且つ保護層厚みδが７〜２０μｍの範囲
とされることが望ましい。

【００１４】更に、交流電圧が印加されるところの２枚
以上の誘導電極を同一面に一定の間隔を保って配置した
状態で誘電体基板に内包し、この誘電体基板に放電電極
を添え、この放電電極を絶縁材保護層でカバーし、且つ
この保護層に金属またはセラミックスを塗布することで
コロナ放電器を構成する。

【００１５】

【作用】放電電極が保護層で保護されるので塩素雰囲気
などの腐食性の環境中でも十分な耐食性を発揮する。

【００１６】そして、Ｖ＞０．０３（ｄ＋２δ）＋２．
２の数式によって保護層厚みδと絶縁層ｄが決定され、
設計時間は短縮される。

【００１７】Ｖ＝３．５〜６ｋＶｐｐの場合に、ｄ＝２
５〜７０μｍの範囲にて好ましいコロナ放電器が容易に
得られる。

【００１８】又、保護層に更に金属または半導体セラミ
ックスを塗布することで放電開始時間が大幅に短縮され
、コロナ放電器の即応性が改善される。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を添付図面に基いて以下に説
明する。図１は本発明に係るコロナ放電器の平面図、図
２は図１の２−２線断面図である。

【００２０】コロナ放電器１は、図２に示す通り、左右
一対の誘導電極２，３をセラミック等の誘電体基板４に
内包し、その一表面に放電電極５を配置し、この放電電
極５をアルミナ等の絶縁物からなる保護層６でカバーし
てなり、上記２枚の誘導電極２，３にリード線７，８を
介して高周波高圧電源９を接続してなる。

【００２１】このように、本発明に係る放電電極５は保
護層６で被覆されていることに特徴があり、これによっ
て塩素雰囲気にも耐久性を有する。

【００２２】そして、この保護層６の被覆は放電電極５
がリード線７，８と無関係に配置されていることによっ
て初めて可能になったものである。即ち、所謂バイポー
ラ型配列に誘導電極２，３及びリード線７，８を配列し
たことで、本発明の保護層６が自在な厚さに施工可能に
なったことを特徴とする。

【００２３】上記放電電極５は、誘導電極２，３から寸
法ｄ（便宜上、「絶縁層厚みｄ」と言う）だけ離され、
且つ平面視的には図１に示す通り誘導電極２，３の双方
にブリッヂの如く部分的に重なるように配置されている
。

【００２４】上記構成によるコロナ放電器の作用を述べ
る。図２の高周波高圧電源９で誘電体基板４内の一対の
誘導電極２，３に高周波電圧を印加すると、これら誘導
電極２，３に電界が生ずる。

【００２５】図３は本発明の放電電極の作用図であり、
上記電界に放電電極５がおかれると、電界はこの放電電
極５に集中し、この放電電極５と誘導電極２，３との間
に大きな電位差が生じ、この電位差によって放電電極５
に矢印Ａ（図３）で示すコロナ放電が生じる。

【００２６】図３において、保護層の厚みδは大きいほ
ど耐食性が増すがコロナの放電性は悪くなる可能性があ
り、又、絶縁層の厚みｄは電極間距離に係る重要な値で
あって小さ過ぎると絶縁不良となり又大き過ぎると放電
電圧が過大になる恐れがある。

【００２７】そこで本発明は保護層の厚みδ、絶縁層の
厚みｄ及び放電電圧の関係を調べ、その結果好適値を見
出すことに成功したので、以下にその内容を述べる。

【００２８】図２で高周波高電圧Ｖが印加された時、図
３に示す誘電体中に発生する電界強度Ｅｄと、空間に発
生する電界強度Ｅｇと、各層厚みｄ，δと、空間放電路
の距離Ｘとの間に次式が成立する。但し、誘電体内の電
界ベクトルは垂直方向に延びているものとする。 Ｖ／２＝Ｅｄ・（ｄ＋２δ）＋Ｅｇ・Ｘ

【００２９】一
方、絶縁層（誘電体基板４）並びに保護層６を誘電率１
０．０のアルミナセラミックスとし、誘導電極３並びに
放電電極５をタングステンで構成して、保護層６と絶縁
層との厚みの和（ｄ＋２δ）を変化させて、放電開始電
圧を実験で調べたところ、図４（本発明にコロナ放電器
における放電電圧と（ｄ＋２δ）の関係図）の通りであ
った。

【００３０】これの回帰式は概ねＶ＝０．０３（ｄ＋２
δ）＋２．２であった。但し、ｙ軸のｋＶｐｐはピーク
・ツー・ピーク電圧である。

【００３１】この回帰式より上側（高電圧側）が放電領
域であるからＶ＞０．０３（ｄ＋２δ）＋２．２を満足
する電圧が印加されれば放電可能であることが分かった
。

【００３２】次に、保護層厚みδについて述べる。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１は塩素雰囲気における腐食試験の結果
をまとめたものであり、アルミナセラミックスからなる
保護層の厚みδを３μｍから１２μｍまで段階的に変化
させて放電電極５の腐食状況を調べたところ、７μｍ以
上で十分な耐食性があることが分かった。

【００３５】図５は絶縁層厚みと絶縁破壊電圧の関係図
であり、絶縁層厚みｄが２５μｍ以下では絶縁破壊強度
が保たれないことが分かった。

【００３６】絶縁層厚みｄを２５μｍ、保護層厚みδを
７μｍとすれば、（ｄ＋２δ）は３９μｍであり、この
時の放電開始電圧は、図４によれば約３．５ｋＶｐｐで
ある。

【００３７】一方、図４に示す通り、（ｄ＋２δ）に比
例して印加電圧は増加する。しかしリード線７，８等電
気部品の耐圧性や電源設備の面から６ｋＶｐｐが実用上
の限界であると言われている。この６ｋＶｐｐの場合、
図４から（ｄ＋２δ）は１１０μｍになる。

【００３８】図６は保護層厚みと放電開始時間を示す図
であり、放電開始時間は２０秒以内（好しくは１５秒）
といわれているので、保護層厚みδは２０μｍが上限で
ある。

【００３９】従って、印加電圧が６ｋＶｐｐ、保護層厚
みδが２０μｍ、絶縁層厚みｄが７０μｍ（１１０−２
×２０＝７０）が上限値群となる。

【００４０】以上の結果、コロナ放電器は絶縁層厚みｄ
が２０〜７０μｍ、保護層厚みδが７〜２０μｍ、印加
電圧が３．５〜６ｋＶｐｐの範囲に設定すればよいこと
が分った。

【００４１】ところで放電開始には、その空間に放電開
始電圧以上の電圧が印加されていることと同時に、電界
に従って移動できる荷電粒子が存在することとが必要で
ある。荷電粒子としては、金属からの自由電子、空間中
のイオン、宇宙線による電離粒子等が可能である。

【００４２】しかしながら、本発明の如く絶縁体保護層
でコロナ放電面を覆ったコロナ放電器では、近傍に金属
や半導体がないと放電開始電圧に至っていても放電開始
が遅れる恐れがある。

【００４３】そこで、本発明者は種々の実験を重ねたと
ころ放電電極上の保護層に金属や半導体セラミックスを
塗付して、自由電子の供給源とすることが有効であるこ
とを見出した。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２は塗膜有りコロナ放電器（実施例１，
２）と塗膜無しコロナ放電器（比較例）との放電開始時
間を調べた結果を示す。実施例１，２はアルミナセラミ
ックスにＴｉＯ２を０．８ｗｔ％添加してなるセラミッ
クスペーストを３μｍ程度塗布したものである。実施例
１，２は放電開始時間がほぼ０秒であったのに対し比較
例は４．３秒を要するという顕著な差があり、もって塗
膜には放電開始時間の短縮効果が認められた。この塗膜
の材料はタングステン等の金属でも良い。

【００４６】図７は図２の別実施例図であり、このコロ
ナ放電器１１は誘導電極２，３、誘電体基板４、放電電
極５及びリード線７，８は図２と同一であって、保護層
１２のみが変更されている。

【００４７】即ち、保護層１２は放電電極５をカバーす
るに足りるだけの面積とされている。この構造によれば
、図７に矢印Ｂで示したコロナ放電は１回だけ保護層１
２を通過する（図３では２回であった。）。

【００４８】従って、先に述べた（ｄ＋２δ）の項は（
ｄ＋δ）に変り、放電開始電圧Ｖは次式となる。 Ｖ＞０．０３（ｄ＋δ）＋２．２ この場合、放電開始電圧を０．０３δ分だけ下げること
が出来ることを意味する。

【００４９】尚、上記実施例では誘導電極２，３の数を
一対としたが３個以上であっても良く、これに応じて放
電電極５も２個以上であって良い。

【００５０】また、Ｖｐｐの測定にあたっては、図８（
本発明に係る電源特性測定装置の原理図）に示す装置を
用い、以下の表３に示す測定項目及び表４に示す測定装
置を使用した。

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】

【発明の効果】以上に述べた通り本発明は電極配列をバ
イポーラ型としたので、放電電極に極めて容易に保護層
を被覆することができ、この保護層で放電電極を十分に
保護でき、もって本発明は塩酸雰囲気等の劣悪環境下で
も使用可能なコロナ放電器を提供するものである。

【００５４】又、本発明は、Ｖ＞０．０３（ｄ＋２δ）
＋２．２の数式を提供することで、与えられた印加電圧
に応じたコロナ放電器の断面構成を容易に決定させ、も
って設計の迅速化を図る。

【００５５】更に、本発明は保護層にセラミックス等を
塗布することで放電時間の短縮を促しコロナ放電器の応
答性を飛躍的に改善する技術を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコロナ放電器の平面図

【図２】図
１の２−２線断面図

【図３】本発明の放電電極の作用図

【図４】本発明のコロナ放電器における放電電圧と（ｄ
＋２δ）の関係図

【図５】本発明のコロナ放電器における絶縁層厚みと絶
縁破壊電圧の関係図

【図６】本発明のコロナ放電器における保護層厚みと放
電開始時間を示す図

【図７】図２の別実施例図

【図８】本発明に係る電源特性測定装置の原理図

【図９
】従来のコロナ放電器の概略断面図

【符号の説明】

１…コロナ放電器、２，３…誘導電極、４…誘電体基板
、５…放電電極、６…保護層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　交流電圧が印加されるところの２枚以
   上の誘導電極を同一面に一定の間隔を保って配置した状
   態で誘電体基板に内包し、この誘電体基板に放電電極を
   添え、この放電電極を絶縁材保護層でカバーしてなるコ
   ロナ放電器。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のコロナ放電器であって
   、前記保護層厚みをδ（μｍ）、誘導電極と放電電極と
   のギャップに相当する絶縁層厚みをｄ（μｍ）とし、誘
   導電極に印加される電圧Ｖ（ｋＶｐｐ）が与えられた場
   合に、ｄ＋２δが次式を満足する範囲に設定されたこと
   を特徴とするコロナ放電器。 Ｖ＞０．０３（ｄ＋２δ）＋２．２
3. 【請求項３】　　請求項１記載のコロナ放電器であって
   、前記保護層厚みをδ（μｍ）、誘導電極と放電電極と
   のギャップに相当する絶縁層厚みをｄ（μｍ）とし、誘
   導電極に印加される電圧が３．５〜６ｋＶｐｐの範囲で
   与えられた場合に、絶縁層厚みｄが２５〜７０μｍで且
   つ保護層厚みδが７〜２０μｍの範囲とされたことを特
   徴とするコロナ放電器。
4. 【請求項４】　　交流電圧が印加されるところの２枚以
   上の誘導電極を同一面に一定の間隔を保って配置した状
   態で誘電体基板に内包し、この誘電体基板に放電電極を
   添え、この放電電極を絶縁材保護層でカバーし、且つこ
   の保護層に金属またはセラミックスを塗布してなるコロ
   ナ放電器。