JPH11116209A

JPH11116209A - コロナ放電素子

Info

Publication number: JPH11116209A
Application number: JP28820997A
Authority: JP
Inventors: Yuji Aso; 雄二麻生
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】使用目的に応じて任意の表面温度に精度よく
設定できて長寿命化が図れ、且つ、製造歩留まりのよい
加熱ヒータ搭載型のコロナ放電素子を提供する。【解決手段】コロナ放電素子５１の裏面に半田パット
６５、６７を形成し、半田パット６５、６７に、使用目
的に合ったスイッチング温度（抵抗値急変温度）を持っ
たチップ型ＰＴＣサーミスタ６３を半田付けする。チッ
プ型ＰＴＣサーミスタ６３は、コロナ放電素子５１を使
用目的に合った温度に制御し、かつ、半田付け部の熱ス
トレスに起因する亀裂や劣化を防止してコロナ放電素子
を長寿命化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沿面コロナ放電に
より大気中からオゾンを生成するオゾン発生装置に用い
るコロナ放電素子の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、オゾン発生装置において、空気を
原料ガスとしてコロナ放電させる場合、図１に示すよう
なコロナ放電素子１が結露して、誘導電極３と放電電極
５との間の放電が不安定になるのを防止するために、図
２に示すようにその基板７に加熱用ヒータ９を埋設また
は付設して、電源８より通電して加熱するものが知られ
ている。

【０００３】この装置では、結露の防止と放電の安定化
を実現するため、オゾン発生装置の駆動時と停止時とに
関わらず、コロナ放電素子１における放電部位の表面温
度がほぼ一定に保たれるように、温度自己保持機能のあ
る加熱用ヒータ９により加熱温度を制御している。例え
ば、特開平９ー２７３８０号公報では、加熱用ヒータと
してＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）面状発熱体等の自己温度
制御面状発熱体をコロナ放電素子１の基板７の裏面に直
接印刷したものが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】コロナ放電素子１の基
板７の裏面などにＰＴＣ面状発熱体を直接印刷すること
は、熱伝導効率上好ましく、またコロナ放電素子の製造
工数の削減にもなる。

【０００５】しかし、コロナ放電素子１の製造工程にお
いて、基板７にＰＴＣ面状発熱体９を直接印刷すると、
その印刷工程にトラブルがあるとコロナ放電素子そのも
のが不良品となってしまうので、製品歩留まりを低下す
る虞がある。

【０００６】また、ＰＴＣ面状発熱体は、材料組成によ
ってスイッチング温度（抵抗値急変温度）を任意に設定
できる利点がある。しかし、これを基板に直接印刷して
しまうと、コロナ放電素子の使用目的が変わって加熱温
度の変更が生じた場合、その変更に対応することができ
ないなど、仕様変更に対して柔軟な対応ができない。こ
のことは、量産性の観点からも望ましくない。

【０００７】従って本発明の目的は、使用目的に応じて
任意の表面温度に精度よく設定できて長寿命化が図れ、
且つ、製造歩留まりのよい加熱ヒータ搭載型のコロナ放
電素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、コロナ放電素
子の放電面を加熱させるために、温度自己保持機能を持
ったチップ状の素子を、コロナ放電素子の外面に予め設
けた電極に、導電性接着材で加熱接合して搭載した事を
特徴とするコロナ放電素子である。温度自己保持機能を
持ったチップ状の素子としては、例えば、チップＰＴＣ
が挙げられる。

【０００９】また、チップＰＴＣを搭載するために、コ
ロナ放電素子の外面に予め設ける電極は、コロナ放電電
極の製造工程内でタングステンペースト等を印刷した
後、ニッケル等のメッキ処理をして、半田パットを形成
すればよい。さらに、導電性接着材による加熱接合とし
ては、例えば半田パットに半田クリームを印刷して、こ
の上にチップＰＴＣを搭載して加熱する、いわゆる半田
付けが一般的に採用できる。

【００１０】なお、チップＰＴＣを搭載する面として、
コロナ放電素子の放電面と対向する裏面に設ける事が、
放電面への熱伝導上及び組立作業性の上から好ましい。

【００１１】チップＰＴＣは、チタン酸バリウムを主成
分とした酸化物半導体セラミックスであり、材料組成に
より任意に設定できるスイッチング温度（抵抗値急変温
度）を持ち、この温度以上では電気抵抗値が急激に増加
するという性質がある。

【００１２】そのため、チップＰＴＣに定電圧を印加し
ても、チップＰＴＣの温度低下に応じて電気抵抗値も低
下するから、定電圧電源からの電流量が増加し、それに
よってチップＰＴＣの温度が上昇する。その結果、チッ
プＰＴＣはスイッチング温度に保持され、コロナ放電素
子の放電面の温度もほぼ一定値に保持される。したがっ
て、コロナ放電素子の結露が防止され、安定放電状態が
維持できる。

【００１３】また、コロナ放電素子の使用目的に合わせ
て、任意の設定温度のチップＰＴＣを搭載できるし、必
要に応じて付け替えもできるので、使用目的の多様化や
仕様変更に柔軟に対応できる。また、ＰＴＣ面状発熱体
を印刷する場合に比較し、製品歩留りも良いことが期待
できる。

【００１４】さらに、導電性接着剤付け、典型的には半
田付け、の箇所の温度も一定値に保持されるから、導電
性接着剤付の熱ストレスによる劣化や亀裂もなくなる。
すなわち、本発明のチップＰＴＣと導電性接着とを組合
せる点は、上述した安定放電、変更に対する柔軟な対
応、歩留りの向上などの利点と共に、更に、導電性接着
剤が本来的に持っている熱ストレスに対する脆弱さの問
題をも解消して、トータル的に優れた長寿命のコロナ放
電素子を提供できるのである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により詳細に説明する。

【００１６】図３及び図４は本発明の一実施形態に関わ
るコロナ放電素子の全体構成を示し、それぞれ、平面図
とＢ−Ｂ断面図である。

【００１７】コロナ放電素子３３は、基板２１の上面に
誘導電極２３、２５を形成し、それらを覆うように基板
２１の上面に絶縁層２７を積層し、その上面に放電電極
２９を形成し、さらに、それを覆うように絶縁層２７の
上面に保護層３１を積層した構成となっている。そし
て、このコロナ放電素子３３の誘導電極２３、２５に駆
動電源として交流高圧電源３５を接続してオゾン発生装
置を構成している。

【００１８】これにより、誘導電極２３、２５間に形成
される電界強度が、放電電極２９の沿面で最も高くなる
ように分布する。そのため、保護層３１の表面の放電電
極２９の沿面周辺に対応する箇所で沿面コロナ放電が生
じ、それにより空気中の酸素がオゾンに変わる。

【００１９】本実施形態では、コロナ放電素子３３の結
露防止と放電の安定化とを実現するために、温度自己保
持機能を有する素子としてチップ状のＰＴＣサーミスタ
３７（以下チップＰＴＣという）を、基板２１の裏面に
半田４１で加熱接合して搭載し、直流電源３９により通
電して加熱している。

【００２０】このチップＰＴＣ３７は、チタン酸バリウ
ムを主成分とした酸化物半導体セラミックスであり、材
料組成に応じて任意に設定可能なスイッチング温度（抵
抗値急変温度）を有する。チップＰＴＣ３７は、スイッ
チング温度以下ではその電気抵抗値は小さく正の抵抗温
度係数を持っているが、スイッチング温度を超えると急
激に電気抵抗値が増加する特性を持っている。従って、
この特性を利用すれば、コロナ放電素子の環境温度が変
わっても、基板２１の放電部位は自動的に一定温度に制
御される。

【００２１】図５〜図７は本発明の別の実施形態に係る
コロナ放電素子の詳細構成図であり、順に、平面図、Ｃ
−Ｃ断面図、裏面図である。

【００２２】このコロナ放電素子５１は、誘導電極５７
と放電電極７３との間に交流高電圧を印加する構造にな
っている。しかし、コロナ放電の作用については図３、
４の実施形態とほぼ同じであり、本発明の本質に関わる
構成については同じであるので、以下、この実施形態に
基づいて詳細を説明する。

【００２３】このコロナ放電素子５１の製造工程におい
て、先ず、アルミナセラミックグリーンシートの長手方
向の両側付近に各々１カ所、２個の小穴をあけ、ここに
タングステンペーストを埋めてビアホール５３、５５を
形成する。そして、そのセラミックグリーンシート表面
に、タングステンペーストで誘導電極５７を印刷して乾
燥する。

【００２４】また、そのセラミックグリーンシート裏面
には、ビアホール５３、５５に対応する箇所に高圧導入
端子５９、６１を印刷し、さらに、シート裏面中央部付
近に、チップＰＴＣ６３の両電極を搭載するための半田
パット６５、６７と、半田パット６５、６７に接続する
ＰＴＣ用電圧導入端子６９、７１を印刷し、これらを乾
燥する。

【００２５】さらに、このセラミックグリーンシート表
面に別のセラミックグリーンシートを重ね、誘導電極５
７と投影的に重なり合う位置のシート表面に、タングス
テンペーストで放電電極７３を印刷して乾燥する。尚、
後から重ねる２枚目のグリーンシートにも、放電電極７
３と１枚目シートのビアホール５５とを接続するビアホ
ールが形成されている。

【００２６】そして、重ね合わせた２枚のセラミックグ
リーンシートを熱圧着した後、還元雰囲気中で焼成す
る。焼成終了後に、高電圧導入端子５９、６１とＰＴＣ
用電圧導入端子６９、７１及びＰＴＣ搭載用の半田パッ
ト６５、６７に無電解ニッケルメッキを施す。

【００２７】このようにして製造されたコロナ放電素子
５１の、誘電体基板７５の裏面の半田パット６５、６７
に半田クリームを印刷し、チップＰＴＣ６３を搭載して
リフローする。これにより、チップＰＴＣ６３は、半田
７７、７９によって、誘電体基板７５の裏面に熱伝導よ
く密着して搭載される。

【００２８】このコロナ放電素子５１をオゾン発生装置
に用いる際は、高圧導入端子５９、６１に交流高圧電源
からの配線を接続し、ＰＴＣ用電圧導入端子６９、７１
に所定の電源を接続すればよい。

【００２９】このような製造工程によれば、放電部位の
設定温度の仕様に合わせて、それぞれのチップＰＴＣを
半田付け搭載すれば、コロナ放電素子は共通のものを使
うことができるので、歩留まりも低下せず使用目的にあ
ったコロナ放電素子を作る事ができる。また、チップＰ
ＴＣを基板と密着して取り付けることにより基板との熱
伝導もよく、従来技術のＰＴＣ面状発熱体を基板に直接
印刷する場合と同程度に、放電部位の温度を高精度に制
御することができる。

【００３０】このように構成したコロナ放電素子をオゾ
ン脱臭装置に用いた場合について述べる。図８は、コロ
ナ放電素子を備えたオゾン脱臭装置の内部構造を示す概
略図である。オゾン脱臭装置１３は、臭気をファン１０
より取り入れてコロナ放電素子１５によってオゾンを発
生させ、触媒１１より無臭の空気が送風される構造にな
っている。

【００３１】コロナ放電素子１５の結露を防止するため
に、オゾン脱臭装置１３が停止している時でも、コロナ
放電素子１５に半田付け搭載されたチップＰＴＣは常時
通電されている。この時はファン１０はオフしているの
で送風が停止され、コロナ放電素子１５の表面温度はチ
ップＰＴＣのスイッチング温度近傍で保持されている。

【００３２】そして、オゾン脱臭装置１３を運転する
と、ファン１０がオンして送風されるのでコロナ放電素
子１５の表面温度が低下し、チップＰＴＣの温度も低下
し始める。しかし、チップＰＴＣは温度低下に従って電
気抵抗値が低下するので、直流電源からの供給電流が増
加してチップＰＴＣの温度を上げ、これによりコロナ放
電素子１５の表面温度も上昇する。そして、結果的には
コロナ放電素子１５の表面温度がチップＰＴＣのスイッ
チング温度付近に保持される。これによって、コロナ放
電素子の放電部位は常時結露防止され、安定放電状態に
維持されている。

【００３３】また、チップＰＴＣを半田付けによって搭
載しても、温度変化が少ないので熱サイクルによるスト
レスもなく、半田に亀裂が生じたり、劣化する虞もな
い。

【００３４】図９は、本発明の一実施形態のコロナ放電
素子と、チップ抵抗体を搭載したコロナ放電素子とを、
個別にオゾン脱臭装置に取り付けた時の、ファンオン／
オフ時におけるコロナ放電素子表面温度の比較結果を示
した実験データである。

【００３５】この実験においては、本発明の一実施形態
に係る装置として、コロナ放電素子の大きさは２５×１
２×０．７（ｍｍ）のものを、また、チップＰＴＣは大
きさが３．２×１．６×１．０（ｍｍ）で、スイッチン
グ温度が１２０℃のものを用い、コロナ放電素子の裏面
に半田付け搭載した。

【００３６】一方、チップ抵抗体を搭載したコロナ放電
素子としては、コロナ放電素子は上記と同一仕様のもの
を、また、チップ抵抗体は大きさが６．４×３．２×
０．６（ｍｍ）で、抵抗値が４３０Ωのものを用い、本
発明の一実施形態と同様にコロナ放電素子の裏面に半田
付け搭載した。

【００３７】尚、この実験は室温２５℃の雰囲気下で行
われ、ヒータの印加電圧は常に一定とした。また、図９
において、表面温度とはコロナ放電素子の放電面の温度
を指す。

【００３８】図９を参照して明らかなように、この実験
において使用したチップＰＴＣはコロナ放電素子よりか
なり小さなものであったため、ファンのオン／オフ時の
表面温度を一致させることはできなかったが、ファンオ
ン時の表面温度は６０℃以上に設定できた。さらに、フ
ァンオン時とオフ時の表面温度の差についても、チップ
抵抗体ヒータの場合は風の影響を受けて３３℃と大きか
ったが、チップＰＴＣの場合は風の影響に関わらず、チ
ップ抵抗体の場合の半分以下の１４℃に抑えることがで
きた。

【００３９】上記事実に鑑みると、この実験で用いたも
のより大きなチップＰＴＣを使用すれば、上記実験結果
よりもさらに良好な結果が得られるものと考えられる。

【００４０】以上説明したように、本発明の実施形態に
よれば、ファンのオン時とオフ時のコロナ放電素子の温
度差を、チップ抵抗体のものより大幅に縮小することが
できるので、コロナ放電素子の高圧導入端子部やＰＴＣ
用電圧導入端子部及びチップＰＴＣ搭載部の半田付け部
分が、温度変化による熱疲労を受けることが少なくな
り、コロナ放電素子の長寿命化を図ることができる。

【００４１】また、ＰＴＣ面状発熱体を直接印刷した従
来技術は設定温度を変えられないのに比べて、本発明は
多種類の使用目的に合わせてチップＰＴＣを選別して搭
載できるので、多様化に対応したコロナ放電素子を作る
ことができる。さらに、既設のコロナ放電素子のチップ
ＰＴＣを取り替えれば、他の使用目的のものに使うこと
もできる。

【００４２】尚、上記内容は、あくまでも本発明の一実
施形態に関するものであって、コロナ放電素子に、チッ
プＰＴＣを半田以外の導電性接着材で接合して搭載して
も本発明の範囲に含まれることは云うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コロナ放電素子の表面温度の変化幅を小さくする事によ
って半田付け部分の劣化を防ぎ、長寿命化を図ったコロ
ナ放電素子を提供することができる。また、コロナ放電
素子の使用目的や仕様変更に合わせて、任意の設定温度
のチップＰＴＣを搭載したり、付け替えたりする事がで
きるので、多様化に対応したコロナ放電素子を提供する
ことができる。

【００４４】さらに、チップＰＴＣ搭載前のコロナ放電
素子の製造工程は、従来工程と同じ工程内で行うことが
できるので、従来技術に比べて原価高にはならず、か
つ、チップＰＴＣの不良がコロナ放電素子の製品歩留ま
りに影響を及ぼさないので、ヒータ搭載型のコロナ放電
素子としては歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のコロナ放電素子の全体構成を示す平面
図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】本発明の第一の実施形態に係るコロナ放電素子
の全体構成を示す平面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図。

【図５】本発明の第２の実施形態に係るコロナ放電素子
の詳細構成図の平面図。

【図６】図５のＣ−Ｃ断面図。

【図７】図５の裏面図。

【図８】コロナ放電素子を備えたオゾン脱臭装置の内部
構造を示す概略図。

【図９】本発明の一実施形態のコロナ放電素子と、チッ
プ抵抗体を搭載したコロナ放電素子とを、個別にオゾン
脱臭装置に取り付けた時の、ファンオン／オフ時におけ
るコロナ放電素子表面温度の比較結果を示した実験デー
タ。

【符号の説明】

１０ファン１１触媒１３オゾン脱臭装置１５、３３、５１コロナ放電素子２１基板２３、２５、５７誘導電極２７絶縁層２９、７３放電電極３１保護層３５交流高圧電源３７、６３チップＰＴＣ３９直流電源４１、７７、７９半田５３、５５ビアホール５９、６１高圧導入端子６５、６７半田パット６９、７１ＰＴＣ電圧導入端子７５誘電体基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】沿面コロナ放電によりオゾンを生成する
コロナ放電素子を加熱するための加熱手段を備え、前記加熱手段は、前記コロナ放電素子の外面に予め設け
た電極に導電性接着材で接合された、温度自己保持機能
を持つチップ状の素子であるコロナ放電素子。
【請求項２】請求項１記載のコロナ放電素子におい
て、前記温度自己保持機能を持つチップ状の素子は、チップ
状のＰＴＣサーミスタであるコロナ放電素子。
【請求項３】請求項２記載のコロナ放電素子におい
て、前記導電性接着材は、半田であるコロナ放電素子。
【請求項４】請求項３記載のコロナ放電素子におい
て、前記チップ状のＰＴＣサーミスタが、前記コロナ放電素
子の放電面と対向する裏面に設けた電極に、半田付され
ているコロナ放電素子。
【請求項５】請求項１記載のコロナ放電素子におい
て、前記コロナ放電素子の外面に予め設けた電極は、前記コ
ロナ放電電極の製造工程内で形成された半田パットであ
るコロナ放電素子。