JPH10245204A - ガス放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の直線状導電電極の放電ギャップの短縮
化を可能にすることにより効率を向上させると共に、製
品寿命を長くすること。 【解決手段】 流通路７に放電ガスが送り込まれ、直線
状導電電極２が交流電源６により通電されると、各直線
状導電電極２間で沿面放電が発生する。直線状導電電極
２の高さ方向に誘電体材料３が形成されているために、
直線状導電電極２からの電界が高さ方向に延びており、
従来装置よりも明らかに良好な電界分布となっている。
すなわち、基板１上の表面電界を高め、放電開始を容易
に行わせることができるので、印加電圧の低電圧化を図
ることができ、誘電体材料３の耐電圧に関する信頼性を
向上させることができる。そして、直線状導電電極２の
表面は誘電体材料３により覆われているので、ガス放電
中のイオン衝撃によるスパッタリング劣化を防止するこ
とができ、安定した動作が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沿面放電により空
気や酸素等のガスからオゾンを発生させるオゾン発生装
置、あるいは、キセノン等の希ガスからエキシマを発生
させる紫外線ランプやＡＣ型プラズマ・ディスプレイ装
置などのガス放電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から上下水道の殺菌・消毒・脱色、
工業排水の脱臭・脱色、あるいはパルプ漂白、さらには
医療機器の殺菌等を行うためにオゾンが用いられてい
る。このようなオゾンを生成させる装置としてオゾン発
生装置がある。オゾン発生装置には、無声放電（バリア
放電ともいう）によってオゾンを発生させるものと、沿
面放電によってオゾンを発生させるものとの２つのタイ
プがあるが、近時は高効率化の観点から後者のタイプが
用いられることが多くなっている。

【０００３】このような沿面放電式オゾン発生装置の従
来からの一般的構成は、複数の直線状導電電極を、その
長手方向が放電ガス流通方向に沿うように、誘電体によ
り形成された基板上に所定ピッチで配設したものとなっ
ている。そして、放電ガス雰囲気中での複数の直線状導
電電極への通電により、基板表面に沿って沿面放電を発
生させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の沿面放
電式オゾン発生装置では、複数の直線状導電電極のピッ
チを一定以上短くすることができなかった。これは、隣
接する電極間の放電距離がある程度以上短くなると（例
えば、５ｍｍ以下の距離になると）、各電極から発生し
ている電界が互いに打ち消し合ってしまい基板１の表面
電界が低下してしまうからである。そのため、従来の沿
面放電式オゾン発生装置では、一定レベル以上に効率を
向上させることが困難であった。

【０００５】また、従来の沿面放電式オゾン発生装置で
は、ガス放電が行われた場合に、導電電極付近において
ガス放電中のイオン衝撃によるスパッタリングが発生
し、この導電電極が劣化しやすくなっていた。したがっ
て、製品寿命を一定以上長くすることが困難であった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、複数の直線状導電電極の放電ギャップの短縮化
を可能にすることにより効率を向上させると共に、製品
寿命を長くすることも可能なガス放電装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、複数の直線状導
電電極を、その長手方向が放電ガス流通方向に沿うよう
に、誘電体により形成された基板上に所定ピッチで配設
し、前記放電ガス雰囲気中での前記複数の直線状導電電
極への通電により、前記基板表面に沿って沿面放電を発
生させるガス放電装置において、前記基板上に配設され
た直線状導電電極の表面を誘電体材料により被覆した、
ことを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記直線状導電電極の表面を被覆する誘電
体材料の高さ方向の厚みは、少なくともこの直線状導電
電極の高さ以上の値を有する、ことを特徴とする。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記複数の直線状導電電極が配線部
材により相互に結線されており、しかも、これら配線部
材と複数の直線状導電電極とが一体的に形成されてい
る、ことを特徴とする。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明において、前記直線状導電電極及
びこれを被覆する前記誘電体材料をスクリーン印刷によ
り形成した、ことを特徴とする。

【００１１】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の発明において、前記直線状導電電極の
表面を被覆する誘電体材料の上面側に平板状の蓋体を配
設し、前記誘電体材料の各直線状導電電極被覆部分と前
記蓋体との間で放電ガス流通路を形成した、ことを特徴
とする。

【００１２】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれかに記載の発明において、前記複数の直線状導電
電極の一方の側の端部を１本置きに第１の配線部材によ
り結線すると共に、他方の側の端部も１本置きに第２の
配線部材により結線し、この第１及び第２の配線部材を
交流電源の２つの出力端子にそれぞれ接続した、ことを
特徴とする。

【００１３】請求項７記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれかに記載の発明において、前記複数の直線状導電
電極の一方の側又は他方の側のいずれかの端部を全て１
つの配線部材により結線すると共に、前記基板の背面側
に背面導電電極を配設し、この配線部材及び背面導電電
極を交流電源の２つの出力端子にそれぞれ接続した、こ
とを特徴とする。

【００１４】請求項８記載の発明は、請求項５記載の発
明において、前記複数の直線状導電電極の一方の側又は
他方の側のいずれかの端部を全て１つの配線部材により
結線すると共に、前記蓋体を導電材料により形成してこ
れを前面導電電極とし、この配線部材及び前面導電電極
を交流電源の２つの出力端子にそれぞれ接続した、こと
を特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図４に基づき説明する。図１は本発明の第１の実施形
態の要部を示す断面図であり、図２は図１のII-II 矢視
図である。図１において、誘電体であるガラスにより形
成された基板１上に複数の直線状導電電極２が配設され
ている。この直線状導電電極２の表面は、やはり誘電体
であるガラスにより形成された誘電体材料３により被覆
されている。そして、誘電体材料３の上面側には、ガラ
スにより形成された蓋体４が配設されており、この蓋体
４と各直線状導電電極２との間に放電ガスの流通路７が
形成されている。

【００１６】図２において、図示されている矢印は放電
ガスの流通方向であり、複数の直線状導電電極２は、こ
の矢印に沿うように、所定ピッチ（例えば、放電ギャッ
プ長Ｌの値が数１００ミクロン程度になるような等ピッ
チ）で基板１上に配設されている。この図に示すよう
に、各直線状導電電極２の一方の端部が１本置きに第１
の配線部材５ａにより結線されており、各直線状導電電
極２の他方の端部が１本置きに第２の配線部材５ｂによ
り結線されている。そして、これら第１及び第２の配線
部材５ａ，５ｂは、交流電源６の２つの入力端子にそれ
ぞれ接続されている。

【００１７】本実施形態では、直線状導電電極２は平板
状の導電部材により形成されており、誘電体材料３の高
さ方向の厚みＨは約２００ミクロンであり、直線状導電
電極２の厚みｈは１００ミクロンとなっている。しか
し、この厚みＨの値は少なくともｈ以上の値であればよ
く、特に限定されるわけではない。また、これら配線部
材５ａ，５ｂは、各直線状導電電極２と一体的に形成さ
れている。配線部材として細線等の線状部材を用いた場
合は、基板１の中央付近に、例えばブース電極のような
各導電電極と線状部材とを仲介するものを設ける必要が
生じるが、配線部材５ａ，５ｂと各直線状導電電極２と
を一体的に形成することにより、このようなブース電極
を不要にして放電面積を有効に活用することができる。
そして、本実施形態では、基板１上における直線状導電
電極２及び誘電体材料３の形成をスクリーン印刷により
行うようにしている。このスクリーン印刷の採用によ
り、複数の直線状導電電極２を短ピッチで且つ高精度に
形成することが可能になる。

【００１８】次に、上記のように構成される第１の実施
形態の作用につき説明する。流通路７に放電ガスが送り
込まれ、直線状導電電極２が交流電源６により通電され
ると、図の点線部に示したように、各直線状導電電極２
間で沿面放電が発生する。ここで、従来装置の構成、す
なわち直線状導電電極２が誘電体材料３により被覆され
ていない構成の場合を考えてみると、この場合は平板状
の直線状導電電極２から発生する電界は基板１の表面に
近接した場所にしか存在しなくなる。しかし、本発明に
よれば、図１の図示から明らかなように、直線状導電電
極２の高さ方向に誘電体材料３が形成されているため
に、直線状導電電極２からの電界が高さ方向に延びてお
り、従来装置よりも明らかに良好な電界分布となってい
る。すなわち、基板１上の表面電界を高め、放電開始を
容易に行わせることができるので、印加電圧の低電圧化
を図ることができ、誘電体材料３の耐電圧に関する信頼
性を向上させることができる。そして、直線状導電電極
２の表面は誘電体材料３により覆われているので、ガス
放電中のイオン衝撃によるスパッタリング劣化を防止す
ることができ、安定した動作が可能になっている。

【００１９】さらに、本実施形態では、各直線状導電電
極２の一方の端部を１本置きに第１の配線部材５ａによ
り結線し、各直線状導電電極２の他方の端部を１本置き
に第２の配線部材５ｂにより結線しているので、隣接す
る各電極間同士の電界が互いに打ち消し合ってしまうと
いう問題を解消することができる。つまり、従来装置の
構成のままで、すなわち直線状導電電極２が誘電体材料
３により被覆されていない構成のままで、本実施形態の
ように各直線状導電電極２間の放電ギャップ長Ｌを数１
００ミクロン程度の値にした場合を考えてみると、従来
は隣接する各電極からの電界の向きが互いに逆方向であ
ったため、これらの電界が互いに打ち消し合ってしま
い、表面電界が大幅に低減することになる。ところが、
図１における直線状導電電極２の交流電源６に対する接
続構成の場合、例えば、一番左側の直線状導電電極２の
右側部分から発せられる電界が右向きである瞬間を考え
てみると、この時の左から２番目の直線状導電電極２の
左側部分から発せられる電界は右向きである。したがっ
て、一番左側の直線状導電電極２と左から２番目の直線
状導電電極２との間の電界は、互いに打ち消し合うので
はなく、互いに強め合う結果となっている。同様に、左
から２番目の直線状導電電極２の右側部分から発せられ
る電界は左向きであり、左から３番目の直線状導電電極
２の左側部分から発せられる電界は左向きである。した
がって、左から２番目の直線状導電電極２と左から３番
目の直線状導電電極２との間の電界も、互いに打ち消し
合うのではなく、互いに強め合う結果となっている。こ
のように、本実施形態では、隣接する各直線状導電電極
２間の電界が互いに強め合う関係となっているので、従
来に比べて放電ギャップ長Ｌを大幅に短くすることが可
能になっている（数十分の一程度）。

【００２０】また、図１の構成をオゾン発生装置として
使用する場合、原料ガスである空気あるいは酸素を直線
状導電電極２と平行に流すことにより、沿面放電により
原料ガスから発生したオゾンを放電部からガス流で排出
し、外部でオゾン化ガスとして使用することが可能にな
る。そして、図１の構成では、直線状導電電極２の表面
を被覆する誘電体材料３の上面側に平板状のガラス製蓋
体４を配設しているので、ガス流が放電部のみを流れる
こととなり、オゾン生成効率の向上が図られている。

【００２１】図３は本発明の第２の実施形態の要部を示
す断面図である。図３が図１と異なる点は、基板１Ａの
厚さが図１の基板１よりも薄くなっており、基板１Ａの
背面側に背面導電電極８が配設されている点と、複数の
直線状導電電極２の一方の側又は他方の側のいずれかの
端部の全てが１つの配線部材５により結線され、配線部
材５及び背面導電電極８が交流電源６の２つの入力端子
にそれぞれ接続されている点である。

【００２２】この図３の構成によれば、電界の方向は直
線状導電電極２と背面導電電極８とを結ぶ方向となり、
２つの直線状導電電極２間の中央部付近では、電気力線
は必ず真下（又は真上）の向きとなる。したがって、有
効放電ギャップ長をＬ／２にすることができ、短ギャッ
プ化を図ることができる。その結果、高電界化が可能と
なり電子温度の高エネルギー化により、高効率でオゾン
を生成することができる。なお、このような構成で有効
放電ギャップ長の短縮化を図る技術は、既に、本出願人
が特願平８−９８８０３号により出願を行っている。ま
た、図３における直線状導電電極２と交流電源６との接
続の仕方は、従来装置と同様のものであり、隣接する２
つの直線状導電電極２間の電界は互いに打ち消し合う結
果となるが、有効放電ギャップ長の短縮化が図られてい
るので、この打ち消し合いの影響を実質的に緩和するこ
とができる。

【００２３】図４は本発明の第３の実施形態の要部を示
す断面図である。図４が図１と異なる点は、図１の蓋体
４を導電材料により形成して、これを前面導電電極９と
した点と、複数の直線状導電電極２の一方の側又は他方
の側のいずれかの端部の全てが１つの配線部材５により
結線され、配線部材５及び背面電極８が交流電源６の２
つの入力端子にそれぞれ接続されている点である。

【００２４】図４の構成によれば、図示するように、沿
面放電は誘電体材料３と前面放電電極９との間で発生す
ることになり、図３の構成の場合と同様に、高効率でオ
ゾンを生成することができる。

【００２５】以上述べた各実施形態では、ガス放電装置
がオゾン発生装置である場合につき説明したが、放電ガ
スをキセノン等の希ガスや希ガス・ハロゲン混合ガス又
は水銀・希ガス混合ガスとすることにより、紫外光を放
射するエキシマ・ランプとすることも可能である。ま
た、蛍光体の塗布により紫外光から可視光への変換も容
易に行うことが可能であり、蛍光灯や蛍光表示管、プラ
ズマ・ディスプレイ等へも適用が可能になる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
直線状導電電極の放電ギャップの短縮化を可能にするこ
とにより効率を向上させると共に、製品寿命を長くする
ことも可能なガス放電装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の要部を示す断面図。

【図２】図１のII-II 矢視図。

【図３】本発明の第２の実施形態の要部を示す断面図。

【図４】本発明の第３の実施形態の要部を示す断面図。

【符号の説明】

１ 基板 １Ａ 基板 ２ 直線状導電電極 ３ 誘電体材料 ４ 蓋体 ５ 配線部材 ５ａ 第１の配線部材 ５ｂ 第２の配線部材 ６ 交流電源 ７ 流通路 ８ 背面導電電極 ９ 前面放電電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂 庭 忍 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 沖 田 裕 二 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝エフエーシステムエンジニアリング株式 会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の直線状導電電極を、その長手方向が
   放電ガス流通方向に沿うように、誘電体により形成され
   た基板上に所定ピッチで配設し、 前記放電ガス雰囲気中での前記複数の直線状導電電極へ
   の通電により、前記基板表面に沿って沿面放電を発生さ
   せるガス放電装置において、 前記基板上に配設された直線状導電電極の表面を誘電体
   材料により被覆した、ことを特徴とするガス放電装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のガス放電装置において、 前記直線状導電電極の表面を被覆する誘電体材料の高さ
   方向の厚みは、少なくともこの直線状導電電極の高さ以
   上の値を有する、 ことを特徴とするガス放電装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のガス放電装置におい
   て、 前記複数の直線状導電電極が配線部材により相互に結線
   されており、しかも、これら配線部材と複数の直線状導
   電電極とが一体的に形成されている、 ことを特徴とするガス放電装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載のガス放
   電装置において、 前記直線状導電電極及びこれを被覆する前記誘電体材料
   をスクリーン印刷により形成した、 ことを特徴とするガス放電装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載のガス放
   電装置において、 前記直線状導電電極の表面を被覆する誘電体材料の上面
   側に平板状の蓋体を配設し、 前記誘電体材料の各直線状導電電極被覆部分と前記蓋体
   との間で放電ガス流通路を形成した、 ことを特徴とするガス放電装置。
6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載のガス放
   電装置において、 前記複数の直線状導電電極の一方の側の端部を１本置き
   に第１の配線部材により結線すると共に、他方の側の端
   部も１本置きに第２の配線部材により結線し、この第１
   及び第２の配線部材を交流電源の２つの出力端子にそれ
   ぞれ接続した、ことを特徴とするガス放電装置。
7. 【請求項７】請求項１乃至５のいずれかに記載のガス放
   電装置において、 前記複数の直線状導電電極の一方の側又は他方の側のい
   ずれかの端部を全て１つの配線部材により結線すると共
   に、前記基板の背面側に背面導電電極を配設し、この配
   線部材及び背面導電電極を交流電源の２つの出力端子に
   それぞれ接続した、 ことを特徴とするガス放電装置。
8. 【請求項８】請求項５記載のガス放電装置において、 前記複数の直線状導電電極の一方の側又は他方の側のい
   ずれかの端部を全て１つの配線部材により結線すると共
   に、前記蓋体を導電材料により形成してこれを前面導電
   電極とし、この配線部材及び前面導電電極を交流電源の
   ２つの出力端子にそれぞれ接続した、 ことを特徴とするガス放電装置。