JPH0831549A

JPH0831549A - 沿面コロナ放電素子

Info

Publication number: JPH0831549A
Application number: JP18885994A
Authority: JP
Inventors: Naotoshi Morita; 直年森田; Shigeru Taga; 茂多賀
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】窒素酸化物の生成量が少なく且つ機械的強度
の高い沿面コロナ放電素子を提供する。【構成】ムライトセラミックで形成された板状の基板
１の表面に線状放電電極４を設け、その基板１の内部に
面状誘導電極３を埋設して、該線状放電電極４と該面状
誘導電極３とを該基板１を介して対向せしめる。このム
ライトセラミックの成分は、ムライトを主成分とし且つ
１０〜４０重量％のＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ系ガ
ラスを含む絶縁体から成る。

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装置、イオン
発生装置、帯電器、除電器、除臭器等に用いられる沿面
コロナ放電素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電素子としては、２枚の電極間に空間
ギャップと誘電体とを介して電圧を印加し、空間ギャッ
プ内に無声放電を発生させるもの（以下無声放電素子と
称する）が広く知られている。また、他の放電素子とし
て、特開昭５９−４４７８２号公報、特開昭５９−４４
７９７号公報に、誘電体で形成された板状の基板の表面
に線状放電電極を設け、その基板の内部に面状誘導電極
を埋設して、線状放電電極と面状誘導電極とを誘電体層
を介して対向せしめた沿面コロナ放電素子が提案されて
いる。この沿面コロナ放電素子は、誘電体基板をアルミ
ナ磁器で形成し、両電極はタングステン粉末を用いてメ
タライズ技術により形成していた。アルミナ磁器の比誘
電率は９〜１０であり、高誘電率の誘電体であった。

【０００３】このように、高誘電率の誘電体を用いてい
たのは、平行平板電極を用いた無声放電装置では、電極
を被覆する誘電体の誘電率が高い方が電極間のエアギャ
プの電界が強くなり、無声放電が活発になると認識され
ていたからである。このため、電極を誘電率の低い誘電
体で被覆すると、オゾン発生量が減ると考えられてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の無声放電素
子及び沿面コロナ放電素子は、オゾンを発生する際に、
オゾン量に対して１０〜１５％の窒素酸化物ＮＯｘを生
成するという問題点があった。特に沿面コロナ放電素子
では、無声放電素子よりも窒素酸化物ＮＯｘが発生し易
い傾向があった。これは、沿面コロナ放電素子では、コ
ロナ放電発生時に部分的に電流密度が高くなり、温度が
上昇するためと考えられる。このため、無声放電素子或
いは沿面コロナ放電素子で多量のオゾンを発生させる場
合は、人体に悪影響を及ぼす窒素酸化物を除去するため
に窒素酸化物除去用の触媒を使用する等の対策が必要に
なった。

【０００５】この問題を解決するために、本発明者は、
特開平４年２８２５８７号で誘電体に低誘電率の材料を
用いることによって窒素酸化物の発生を減少せさる技術
を提案した。この技術では、低誘電率の誘電体として、
二酸化ケイ素ＳｉＯ₂を５７〜６３重量％、酸化アルミ
ニウムＡｌ₂Ｏ₃を２０〜２８重量％、酸化マグネシウ
ムＭｇＯを１０〜１８重量％、酸化亜鉛ＺｎＯを２〜６
重量％からなる組成物に、酸化ホウ素Ｂ₂Ｏ₃及び／又
は五酸化リンＰ₂Ｏ₅を０．１〜６重量％添加して成る
所謂ガラスセラミックを用いた。このようにガラスセラ
ミックを用いるため、機械的強度が弱く、取扱い中にお
いて沿面コロナ放電素子に破損が生ずるという事態が発
生した。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決するためなさ
れたものであり、その目的とするところは、窒素酸化物
の生成量が少なく且つ機械的強度の高い沿面コロナ放電
素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、誘電体で形成された板状の基板の表面
に線状放電電極を設け、その基板の内部に面状誘導電極
を埋設して、前記線状放電電極と前記面状誘導電極とを
誘電体層を介して対向せしめた沿面コロナ放電素子にお
いて、前記誘電体にムライトセラミックを用いた沿面コ
ロナ放電素子が提供される。また、その沿面コロナ放電
素子は、耐久性向上のため線状放電電極を前記誘電体層
と同じムライトセラミックでコーティングすることが好
ましい。さらに、ムライトセラミックの成分が、ムライ
トを主成分とし且つ１０〜４０重量％のＡｌ₂Ｏ₃−Ｓ
ｉＯ₂−ＭｇＯ系ガラスを含む絶縁体を備え、該Ａｌ₂
Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ系ガラスの組成が、３成分組成
図の下記の点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤによって囲まれる境界線
上を含む範囲内に属することが望ましい。

【０００８】

【作用】上記のように構成された沿面コロナ放電素子で
は、実験によれば、オゾンの発生量に比べて、窒素酸化
物の生成量が少なくなる。そのメカニズムは必ずしも明
確にはできなかったが、線状放電電極による沿面コロナ
放電発生時の電界は平等電界とは異なるためではないか
と考えられる。また、当業者の常識に反して、比誘電率
の低いムライトセラミックを用いても、オゾン発生量
は、比誘電率の高いアルミナセラミックを用いるもとの
変わらないことが確認された。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照し説明す
る。図１は沿面コロナ放電素子を示す斜視図であり、一
部を破断して示している。ムライトで形成された平板状
の基板１、２の上面にタングステンで形成された線状放
電電極４が設けられ、その基板１、２の内部にタングス
テンで形成された面状誘導電極３が埋設されている。線
状放電電極４と面状誘導電極３とは誘電体層１を介して
対向することになる。線状放電電極４の上面には薄い
（好ましくは１０〜４０μｍ）ムライトからなる放電電
極コーティング材６が被覆され、該線状放電電極４の放
電時の磨耗と酸化とを防ぐことにより耐久性の向上が図
られている。線状放電電極４と面状誘導電極３との間に
は高周波高電圧電源５からの交流電圧が印加され、線状
放電電極４の上の放電電極コーティング材６の上面にコ
ロナ放電が生成される。

【００１０】上記の沿面コロナ放電素子の製造方法につ
いて説明する。まず、平均粒径１．７μｍのアルミナ１
１５ｇと、平均粒径２．４μｍのシリカ１１５ｇと、平
均粒径０．４μｍの炭酸マグネシウム２０ｇとを良く混
合し、１４００°Ｃにて加熱溶融させる。加熱溶融して
得られたガラスフリットを、湿式粉砕してガラス粉を形
成する。次に、平均粒径２．４μｍの電融ムライト７５
０ｇと該ガラス粉とを、分解媒体としてトルエンを用い
て２４時間ボールミル中で混合し、続いてグリーンシー
ト成型用のバインダーとしてジブチルフタレートとポリ
ビニルブチラールとを加え更に２４時間混合する。そし
て、得られた混合物を真空脱泡後、ドクターブレード方
により厚さ０．５ｍｍの基板１、２となるグリーンシー
ト１、２を作成する。

【００１１】次に、下側のグリーンシート２の上面に公
知のスクリーン印刷法にて面状誘導電極３及び端子（図
示せず）をタングステンペーストを用いて印刷し、その
上にグリーンシート１を載置する。グリーンシート１の
上面には公知のスクリーン印刷法にて線状放電電極４及
び端子（図示せず）をタングステンペーストを用いて印
刷する。さらに、放電電極コーティング材６を形成する
ため、線状放電電極４の上にグリーンシート１、２と同
組成のペーストを厚さ１０〜４０μ程度にスクリーン印
刷する。そして、全体を熱圧着し、１４００°Ｃ〜１６
００°Ｃの非酸化雰囲気中で焼成し、沿面コロナ放電素
子を完成させる。

【００１２】このようにして製造された沿面コロナ放電
素子の基板１、２及び線状放電電極４上のコーティング
材６のムライトセラミックは、後述する好適な組成範囲
において比誘電率が６．３〜７．０程度の低誘電率とな
る。なお、通常のアルミナＡｌ₂Ｏ₃からなるセラミッ
クの比誘電率は９〜１０である。

【００１３】ここで、本実施例のムライトセラミックの
成分は、ムライトを主成分とし且つ１０〜４０重量％の
Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ系ガラスを含む絶縁体を
備えることが望ましい。ガラス成分を１０〜４０％にす
る理由は、ガラス成分が４０％以上となると焼成温度が
１５００°Ｃ以下となり、面状誘導電極３及び線状放電
電極４を構成するタングステン或いはモリブデンメタラ
イズとの同時焼成に適さなくなり、また、ガラス成分が
多いと、機械的特性がガラスに支配されることとなり強
度的に弱くなり、機械的強度を高めるという本願の目的
が図り得なくなるからである。反対に、ガラス成分が１
０％以下であると焼成温度が非常に高くなり現実性が低
くなる。

【００１４】更に、電界装置である沿面コロナ放電素子
を製造する上で重要な要素となる絶縁耐力とガラス成分
の添加量との関係について説明する。先ず、ガラス成分
が４０％以上であると、ガラスの絶縁耐力が低いことか
ら絶縁破壊電圧が１２ＫＶ／mm以下となり実用上問題が
生じる。ここで、ガラス成分が１０〜４０％で絶縁破壊
電圧は１２〜１５ＫＶ／mmとなり実用的に使用すること
が可能となる。反対に、ガラス成分が１０％以下となる
と、焼結性が悪くなるために絶縁破壊電圧が逆に下が
り、１２ＫＶ／mm以下となって実用に向かなくなる。

【００１５】また、本実施例では、焼結補助材（上記ガ
ラス成分）に、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ系ガラス
を用い、この組成を図２に示す３成分組成図の下記の点
Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤによって囲まれる範囲内（境界線上を
含む）に属するように選択している。

【００１６】ここで、上記Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−Ｍｇ
Ｏ系ガラスの組成を、３成分組成図の点Ａ，Ｂ，Ｃ及び
Ｄによって囲まれる範囲内に選択した理由について説明
する。まず、ＳｉＯ₂含有量が６０％よりも多くなると
ガラスの溶融温度が低下し、また、焼結温度時のガラス
の粘度も低下する。このことは、ムライト粒子及びメタ
ライズ粒子とガラスとの濡れ性に対しては望ましい。し
かし、粘度が必要以上に低くなるため、基板焼成時にお
いてムライトセラミック中からガラス成分が流れ出して
しまい、基板とセッターとの融着が発生したり、また、
基板自体に反りが発生する。

【００１７】他方、ＳｉＯ₂含有量が４０％よりも少な
く且つＡｌ₂Ｏ₃が６０％よりも多いと、ガラスの溶融
温度が高くなり、焼結性が悪くなる。また、Ａｌ₂Ｏ₃
の比誘電率が高いことから、焼結後の基板の比誘電率が
高まり、本発明の目的である窒素酸化物生成の低減が行
い得なくなる。

【００１８】ここでＭｇＯの添加量について述べると、
Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂の２成分のみではガラスの融点が
高すぎ、また、ガラスの粘度が高くムライト粒子及びメ
タライズ粒子とガラスとの濡れ性が悪くなり好ましくな
い。従って、少量のＭｇＯを添加することが不可欠とな
る。なお、ＭｇＯの添加量が２％以下であると、抗折強
度が下がり、またメタライズ強度も弱くなる。一方、Ｍ
ｇＯ量が１７％を越えると、ガラスの粘度が低くなりす
ぎて、焼成時に基板とセッターとの融着が発生し、ま
た、基板表面へガラスの染み出しが起こることになる。

【００１９】上述した組成に係る沿面コロナ放電素子に
対して、図１に示すように電極間３、４に高周波高電圧
電源５からの交流電圧を印加すると、線状放電電極４の
上方にコロナ放電が発生し、周囲の酸素をオゾン化す
る。図３は放電周波数と窒素酸化物ＮＯｘのオゾンＯ₃
に対する発生率の関係を示すグラフ図である。基板誘電
体１、２、６としてアルミナを用いた従来の沿面コロナ
放電素子の特性を白丸で、本実施例に係る上記ムライト
セラミックを用いた沿面コロナ放電素子の特性を黒丸で
示す。低誘電率のムライトセラミックを用いた本実施例
の沿面コロナ放電素子では、従来のものに比べて窒素酸
化物の発生率が３０％程度減少していることが分かる。
なお、放電周波数の低い程、窒素酸化物の発生率は低く
なるが、可聴周波数になると放電音が問題となるため、
２０ＫＨｚ程度で使用するのが好ましい。

【００２０】なお、上記測定は、湿度５０％、温度２０
°Ｃの空気中で、放電電圧を５ＫＶｐｐにして行った。
オゾン発生量は紫外線吸光法、窒素酸化物発生量は化学
発光法を用いて計測した。本実施例の沿面コロナ放電素
子では、誘電率の低いムライトセラミックを用いたため
に、窒素酸化物ＮＯｘの発生量が減少している。さら
に、当業者の常識に反して、オゾンＯ₃をアルミナを用
いる従来の沿面コロナ放電素子と比べて同程度に発生す
ることができた。この理由については、必ずしも明確に
はできなかったが、コロナ放電部分の電界の不平等性
と、誘電率の低さに起因する誘電体損失の減少が何らか
の作用をしていると考えられる。

【００２１】更に、本実施例の沿面コロナ放電素子の機
械強度について、前述した特開平４年２８２５８７号で
提案された組成に係る沿面コロナ放電素子と比較した試
験結果について説明する。ここでは、試験用の沿面コロ
ナ放電素子を、厚さ３mm、幅４mm、長さ２０mmにそれぞ
れ形成した。上記特開平４年２８２５８７号の沿面コロ
ナ放電素子の抗折強度が１６０Ｍ・Ｐａであったのに対
して、図１を参照して具体的に製造方法を説明した本実
施例の沿面コロナ放電素子は、２３０Ｍ・Ｐａの抗折強
度を有していた。更に、図２を参照した３成分組成図の
点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤによって囲まれる範囲においては、
２２０〜２５０Ｍ・Ｐａの抗折強度を達成できた。この
ため、本実施例の沿面コロナ放電素子は、ケースに組み
込んでも破損が生じない十分な強度を得ることができ
た。

【００２２】特開平４年２８２５８７号では、機械強度
が低いために基板を１mm程度の厚さに構成したが、本実
施例では、０．５mmの厚みで基板を構成することができ
た。更に、特開平４年２８２５８７号では、誘電体の焼
成温度が低いために面状誘導電極及び線状放電電極に高
価な金を用いたが、本実施例は焼成温度が高いために安
価なタングステンを用いることが可能となった。

【００２３】なお、前記実施例では一本の線状放電電極
４を有する平板状の沿面コロナ放電素子について説明し
たが、複数本の線状放電電極を有するもの、円筒形のも
のなど、特開昭５９−４４７８２号公報、特開昭５９−
４４７９７号公報に示された種々の沿面コロナ放電素子
に上記構成を適用できることは明らかであろう。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を有し誘電体に比
誘電率が６．３〜７．０程度のムライトセラミックを用
いたことを特徴とするものであるから、オゾンの発生量
に比較して窒素酸化物の発生量の比率が少ないという優
れた効果がある。また、ムライトセラミックを用いるた
め高い機械的強度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】沿面コロナ放電素子を示す斜視図である。

【図２】Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ系ガラスの３成
分組成図である。

【図３】放電周波数と窒素酸化物のオゾンに対する発生
率の関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１基板２基板３面状誘導電極４線状放電電極６コーティング材

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【手続補正書】

【提出日】平成６年８月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体で形成された板状の基板の表面に
線状放電電極を設け、その基板の内部に面状誘導電極を
埋設して、前記線状放電電極と前記面状誘導電極とを誘
電体層を介して対向せしめた沿面コロナ放電素子におい
て、前記誘電体にムライトセラミックを用いたことを特徴と
する沿面コロナ放電素子。
【請求項２】請求項１記載の沿面コロナ放電素子にお
いて、前記線状放電電極が、前記誘電体層と同じムライトセラ
ミックでコーティングされていることを特徴とする沿面
コロナ放電素子。
【請求項３】請求項１記載の沿面コロナ放電素子にお
いて、ムライトセラミックの成分が、ムライトを主成分とし且
つ１０〜４０重量％のＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ系
ガラスを含む絶縁体を備え、該Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−
ＭｇＯ系ガラスの組成が、３成分組成図の下記の点Ａ，
Ｂ，Ｃ及びＤによって囲まれる範囲内に属することを特
徴とする沿面コロナ放電素子。