JP2016197489A - Ion generating device - Google Patents
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- Elimination Of Static Electricity (AREA)
Abstract
Description
本発明は、静電気除去器などに用いられるイオン発生素子に関する。 The present invention relates to an ion generating element used for a static eliminator or the like.
静電気を除去する方法としては、電極にコロナ放電を発生させて周囲の空気分子を電離させてイオンを生成し、生成したイオンを帯電物に当て中和・除去する方法がある。コロナ放電により空気分子を電離させてイオンを生成させるものとして、誘電体を挟み放電電極と誘電電極とを対向して設けたイオン発生素子が知られている（特許文献１）。誘電体としては、一般に、ラミネートしたマイカを積層したマイカ積層板などが用いられている。 As a method for removing static electricity, there is a method in which corona discharge is generated in an electrode to ionize surrounding air molecules to generate ions, and the generated ions are applied to a charged substance to neutralize and remove. As an element that ionizes air molecules by corona discharge to generate ions, an ion generating element in which a discharge electrode and a dielectric electrode are provided facing each other with a dielectric interposed therebetween is known (Patent Document 1). As the dielectric, a mica laminated plate in which laminated mica is laminated is generally used.
マイカ積層板を誘電体として用いた従来のイオン発生素子では、経時的に劣化しやすいという問題があった。 A conventional ion generating element using a mica laminate as a dielectric has a problem that it easily deteriorates with time.
本発明の目的は、経時的な劣化を抑制することができるイオン発生素子を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ion generating element capable of suppressing deterioration over time.
本発明のイオン発生素子は、放電電極と、放電電極と対向して設けられる誘電電極と、誘電電極を取り囲む誘電体とを備えるイオン発生素子であって、誘電体が、ガラスとセラミックスの複合体であり、前記誘電体に使用するガラスが、アルカリ金属酸化物の合量が１０質量％以下であるガラスから形成されていることを特徴とする。ここで「アルカリ金属酸化物の合量」とは、酸化物表示で表したガラス組成において、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物の含有量の合量を意味する。 The ion generating element of the present invention is an ion generating element comprising a discharge electrode, a dielectric electrode provided opposite to the discharge electrode, and a dielectric surrounding the dielectric electrode, wherein the dielectric is a composite of glass and ceramics. The glass used for the dielectric is formed of glass having a total amount of alkali metal oxides of 10% by mass or less. Here, the “total amount of alkali metal oxide” means the total content of alkali metal oxides such as Na 2 O, K 2 O, Li 2 O in the glass composition represented by oxide display. .
誘電体を構成する複合体は、気孔率が５体積％以下であることが好ましい。本発明において「気孔率」はガラスセラミック誘電体断面のＳＥＭ像を画像解析し、以下の式より求めたものである。なお画像解析には三谷商事株式会社のＷＩＮＲＯＯＦを使用することができる。 The composite constituting the dielectric preferably has a porosity of 5% by volume or less. In the present invention, the “porosity” is obtained by image analysis of a SEM image of a glass ceramic dielectric cross section and obtained from the following equation. For image analysis, WINROOF from Mitani Corporation can be used.
気孔率（体積％）＝（気孔部分の総面積／処理画像の総面積）×１００ Porosity (volume%) = (total area of pores / total area of processed image) × 100
上記構成を採用すれば、誘電体を１０〜５０μｍ程度に薄くしても絶縁破壊し難くなることから、コロナ放電を発生させるための電圧を低くできる。また同じ電圧であれば、イオンの発生量を増加させることができる。 If the said structure is employ | adopted, even if it makes a dielectric material thin about 10-50 micrometers, since it becomes difficult to carry out a dielectric breakdown, the voltage for generating a corona discharge can be made low. If the voltage is the same, the amount of ions generated can be increased.
誘電体を構成する複合体は、吸水率が１％以下であることが好ましい。本発明において「吸水率」は、ＪＩＳ―Ｃ２１４１の方法で測定した値を指す。 The composite constituting the dielectric preferably has a water absorption of 1% or less. In the present invention, “water absorption” refers to a value measured by the method of JIS-C2141.
上記構成を採用すれば、吸着した水分とＮＯｘの反応による硝酸の発生が起こりにくくなって電極の腐食などの問題が起こりにくくなる。このため素子の信頼性を高めることができる。またマイカ積層板を用いた従来のイオン発生素子では、マイカ積層板の吸水率が高いため、吸着水を蒸発させるためのヒーターが必要であるが、吸水率を１％以下にすれば、ヒーターが不要になる。 If the above configuration is adopted, the generation of nitric acid due to the reaction between the adsorbed moisture and NOx is less likely to occur, and problems such as electrode corrosion are less likely to occur. For this reason, the reliability of an element can be improved. Moreover, in the conventional ion generating element using a mica laminated board, since the water absorption of a mica laminated board is high, the heater for evaporating adsorbed water is required, but if a water absorption is 1% or less, a heater will be required. It becomes unnecessary.
誘電体を構成する複合体は、グリーンシートの焼結体であることが好ましい。 The composite constituting the dielectric is preferably a green sheet sintered body.
上記構成を採用すれば、ピンホールの発生のない誘電体を形成できることから、素子の信頼性が高くなる。 Employing the above configuration makes it possible to form a dielectric that does not generate pinholes, thereby increasing the reliability of the element.
放電電極と誘電電極の距離は、１０〜５０μｍであることが好ましい。 The distance between the discharge electrode and the dielectric electrode is preferably 10 to 50 μm.
上記構成を採用すれば、電極間距離を短くすることが可能となり、イオンの発生効率を高めることができる。 If the said structure is employ | adopted, it will become possible to shorten the distance between electrodes and can raise the generation efficiency of ion.
誘電電極と誘電体は、同時焼結されていることが好ましい。 It is preferable that the dielectric electrode and the dielectric are simultaneously sintered.
上記構成を採用すれば、誘電電極と誘電体とを強固に、且つ効率よく一体化することができる。 If the said structure is employ | adopted, a dielectric electrode and a dielectric material can be integrated firmly and efficiently.
本発明によれば、イオン発生素子の経時的な劣化を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the ion generating element over time.
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。 Hereinafter, preferred embodiments will be described. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in each drawing, the member which has the substantially the same function may be referred with the same code | symbol.
図１は、本発明に従う一実施形態のイオン発生素子を示す模式的平面図である。図２は、図１に示す実施形態のイオン発生素子を示す模式的側面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態のイオン発生素子１は、放電電極１０と、誘電電極２０と、放電電極１０と誘電電極２０を取り囲むように配置される誘電体３０とから構成されている。本実施形態において、誘電体３０は、板状の形状を有している。放電電極１０は、その表面に微細な突起１１を複数有している。突起１１の高さ（ｘ方向の高さ）及び幅（ｙ方向の幅）は、それぞれ０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、さらには０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。突起１１の形状は、図１に示す形状に限定されるものではなく、電界集中が有効に生じやすい形状であればよい。 FIG. 1 is a schematic plan view showing an ion generating element of one embodiment according to the present invention. FIG. 2 is a schematic side view showing the ion generating element of the embodiment shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the ion generating element 1 of the present embodiment includes a discharge electrode 10, a dielectric electrode 20, and a dielectric 30 disposed so as to surround the discharge electrode 10 and the dielectric electrode 20. Has been. In the present embodiment, the dielectric 30 has a plate shape. The discharge electrode 10 has a plurality of fine protrusions 11 on its surface. The height (the height in the x direction) and the width (the width in the y direction) of the protrusion 11 are each preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 0.05 mm or more and 1 mm or less. The shape of the protrusion 11 is not limited to the shape shown in FIG. 1, but may be any shape as long as electric field concentration is likely to occur effectively.
放電電極１０は、誘電体３０の一方の面上に設けられており、誘電電極２０は、誘電体３０の内部に設けられている。したがって、放電電極１０と誘電電極２０との間には、誘電体３０が存在している。放電電極１０には配線１２が接続されており、誘電電極２０には配線２２が接続されている。誘電電極２０は、２本の電極部２１を有している。放電電極１０は、Ｚ方向（断面視）において、誘電体３０を挟んで２本の電極部２１と対向しており、Ｘ方向（平面視）において、２本の電極部２１の間に位置するように配置されている。 The discharge electrode 10 is provided on one surface of the dielectric 30, and the dielectric electrode 20 is provided inside the dielectric 30. Therefore, the dielectric 30 exists between the discharge electrode 10 and the dielectric electrode 20. A wiring 12 is connected to the discharge electrode 10, and a wiring 22 is connected to the dielectric electrode 20. The dielectric electrode 20 has two electrode portions 21. The discharge electrode 10 faces the two electrode portions 21 with the dielectric 30 in between in the Z direction (sectional view), and is positioned between the two electrode portions 21 in the X direction (plan view). Are arranged as follows.
放電電極１０の材質としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ステンレス、タングステン、導電性セラミックスなどが挙げられる。誘電電極２０の材質としては、誘電体３０と同時に焼結する、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、銀、銀パラジウム合金、銀白金合金、金、金パラジウム合金、金白金合金、導電性セラミックスなどが挙げられる。 The material of the discharge electrode 10 is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include stainless steel, tungsten, and conductive ceramics. The material of the dielectric electrode 20 is not particularly limited as long as it has conductivity and is sintered simultaneously with the dielectric 30. For example, silver, silver palladium alloy, silver platinum alloy, gold, gold palladium alloy , Gold platinum alloy, conductive ceramics and the like.
誘電体３０は、ガラスとセラミックスの複合体からなる。 The dielectric 30 is made of a composite of glass and ceramics.
誘電体を構成するガラスとしては、アルカリ金属元素の酸化物（アルカリ金属酸化物）の含有量が１０質量％以下であるガラスであれば特に制限はない。ガラス組成中のアルカリ金属酸化物の含有量は、好ましくは５質量％以下である。さらに好ましくは３質量％以下である。アルカリ金属元素としては、具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓが挙げられる。 The glass constituting the dielectric is not particularly limited as long as the content of the alkali metal oxide (alkali metal oxide) is 10% by mass or less. The content of alkali metal oxide in the glass composition is preferably 5% by mass or less. More preferably, it is 3 mass% or less. Specific examples of the alkali metal element include Li, Na, K, Rb, and Cs.
ガラス組成中のアルカリ金属酸化物の含有量を上記のように制限した理由は以下の通りである。 The reason for limiting the content of the alkali metal oxide in the glass composition as described above is as follows.
誘電体３０を構成するガラス中にアルカリ金属元素が多量に含まれていると、放電電極１０からイオンが発生した際、アルカリ金属元素がマイナス電極側に引きよせられて移動するため、放電電極１０及び誘電電極２０が、アルカリ金属元素の作用により劣化する。例えばガラス中にＮａ元素を含む場合、Ｎａがマイナス電極側に引き寄せられてＮａ＋となり、Ｎａ＋が空気中の水分と反応しＮａＯＨとなり電極を劣化させる。またガラス中にアルカリ金属元素が含まれていると、絶縁耐圧が低下する。そこでアルカリ金属酸化物の含有量が少ない、或いはアルカリ金属酸化物を全く含まないガラスを誘電体３０のガラス成分として用いることにより、上記のようにして生じる放電電極１０及び誘電電極２０の劣化を抑制することができる。また絶縁耐圧が高く電極間距離を短くできるので、電極間にかける電圧を低くすることができる。 If the glass constituting the dielectric 30 contains a large amount of alkali metal element, when ions are generated from the discharge electrode 10, the alkali metal element is attracted to the negative electrode side and moves. In addition, the dielectric electrode 20 is deteriorated by the action of the alkali metal element. For example, when Na element is contained in the glass, Na is attracted to the negative electrode side to become Na + , and Na + reacts with moisture in the air to become NaOH to deteriorate the electrode. Further, when an alkali metal element is contained in the glass, the withstand voltage is lowered. Therefore, by using glass having a low alkali metal oxide content or no alkali metal oxide as the glass component of the dielectric 30, the deterioration of the discharge electrode 10 and the dielectric electrode 20 caused as described above is suppressed. can do. Further, since the withstand voltage is high and the distance between the electrodes can be shortened, the voltage applied between the electrodes can be lowered.
誘電体３０に用いるガラスの組成としては、例えば質量％表示で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ ２〜２０％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ５〜２０％、ＢａＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５％、ＴｉＯ２ ０〜５％、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）０〜１０％の組成、より好ましくは、ＳｉＯ２ ６０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３０〜５％、Ｂ２Ｏ３ １０〜１８％、ＭｇＯ ０．１〜２％、ＣａＯ １２〜１８％、ＢａＯ ０．１〜２％、ＺｒＯ２ ０．１〜２％、ＴｉＯ２ ０．１〜２％、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）０〜３％の組成が挙げられる。上記組成のガラスを使用すれば、気孔率が低く、電極劣化が生じにくい誘電体を容易に作製することができる。 The composition of the glass used for the dielectric 30 is, for example, in terms of mass%, SiO 2 50-80%, Al 2 O 3 0-20%, B 2 O 3 2-20%, MgO 0-5%, CaO 5. ~20%, BaO 0~5%, ZrO 2 0~5%, TiO 2 0~5%, R 2 O (R is an alkali metal) 0-10% composition, more preferably, SiO 2 60 to 70% , Al 2 O 3 0~5%, B 2 O 3 10~18%, 0.1~2% MgO, CaO 12~18%, BaO 0.1~2%, ZrO 2 0.1~2%, TiO 2 0.1~2%, R 2 O (R is an alkali metal) include 0-3% of the composition. If the glass having the above composition is used, it is possible to easily produce a dielectric having a low porosity and hardly causing electrode deterioration.
誘電体を構成するセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、ムライト、シリカ、フォルステライト等を単独又は組み合わせて使用することができる。なお基板強度の観点からアルミナを採用することがより好ましい。 As the ceramic constituting the dielectric, alumina, zirconia, mullite, silica, forsterite or the like can be used alone or in combination. It is more preferable to use alumina from the viewpoint of substrate strength.
ガラスとセラミックスの含有割合は、体積％でガラス４０〜８０％、セラミックス２０〜６０％、特にガラス５０〜７０％、セラミックス３０〜５０％であることが好ましい。ガラス粉末が多すぎると曲げ強度が低下し、ガラス粉末が少なすぎると気孔率が増大する。 The content ratio of the glass and the ceramic is preferably 40 to 80% glass, 20 to 60% ceramic, particularly 50 to 70% glass, and 30 to 50% ceramic. When there is too much glass powder, bending strength will fall, and when there is too little glass powder, porosity will increase.
ガラスとセラミックスの複合体からなる誘電体は、気効率が５体積％以下、特に３体積％以下であることが好ましい。気孔率が高すぎると、火花放電が発生して絶縁破壊し易くなることから、誘電体の厚みを薄くすることが困難になる。 A dielectric made of a composite of glass and ceramics preferably has a gas efficiency of 5% by volume or less, particularly 3% by volume or less. If the porosity is too high, spark discharge occurs and dielectric breakdown tends to occur, making it difficult to reduce the thickness of the dielectric.
また誘電体は、吸水率が１％以下、特に０．５％以下であることが好ましい。吸水率が高すぎると、素子の信頼性が低下する。また素子の信頼性を確保するためにヒーターが必要となり、装置を小型化しにくくなる。また装置のコストアップ要因となる。 The dielectric preferably has a water absorption of 1% or less, particularly 0.5% or less. If the water absorption rate is too high, the reliability of the device is lowered. In addition, a heater is required to ensure the reliability of the element, and it is difficult to reduce the size of the apparatus. In addition, the cost of the apparatus increases.
本発明のイオン発生素子は、誘電体をグリーンシートの焼結体で構成することが好ましい。グリーンシートを焼結させて誘電体を作製することによって、低い気孔率や吸水率を達成することが容易になる。またピンホールの少ない誘電体を形成することができる。さらに厚さが一定で薄肉の誘電体を得ることが容易である。 In the ion generating element of the present invention, the dielectric is preferably composed of a green sheet sintered body. By sintering a green sheet to produce a dielectric, it becomes easy to achieve low porosity and water absorption. In addition, a dielectric with few pinholes can be formed. Furthermore, it is easy to obtain a thin dielectric with a constant thickness.
以下、グリーンシートを用いて誘電体を作製した実施形態の一例を説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, an example of an embodiment in which a dielectric is produced using a green sheet will be described. The present invention is not limited to the following embodiment.
本実施形態において、誘電体３０は、板状の形状を有しており、誘電電極２０を内蔵している。このような構造体は以下のプロセスで作製することができる。 In the present embodiment, the dielectric 30 has a plate shape and incorporates the dielectric electrode 20. Such a structure can be manufactured by the following process.
まず、誘電体３０を構成するガラス粉末とセラミック粉末に、所定量の結合剤、可塑剤及び溶剤を添加してスラリーを調製する。 First, a predetermined amount of a binder, a plasticizer and a solvent are added to the glass powder and ceramic powder constituting the dielectric 30 to prepare a slurry.
ガラス粉末としては、例えば質量％表示で、ＳｉＯ２ ６４％、Ａｌ２Ｏ３ ２％、Ｂ２Ｏ３ １４％、ＭｇＯ ３％、ＣａＯ １１％、ＢａＯ １％、ＺｒＯ２ １％、ＴｉＯ２ １％、Ｎａ２Ｏ １％、Ｋ２Ｏ １％、Ｌｉ２Ｏ １％含有するガラスからなり、平均粒径Ｄ５０が２μｍであるガラス粉末を用いる。またセラミック粉末としては、例えば平均粒径Ｄ５０が１．５μｍであるアルミナ粉末を用いる。ガラス粉末とセラミックス粉末の混合割合は、例えば、体積％でガラス粉末６０％、セラミックス粉末４０％である。結合剤としては例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等、可塑剤としては例えばフタル酸ジブチル等、溶剤としては例えばトルエン、メチルエチルケトン等を使用することができる。 Examples of the glass powder include SiO 2 64%, Al 2 O 3 2%, B 2 O 3 14%, MgO 3%, CaO 11%, BaO 1%, ZrO 2 1%, TiO 2 1 in terms of mass%. %, Na 2 O 1%, K 2 O 1%, Li 2 O 1% glass powder having an average particle diameter D50 of 2 μm is used. Moreover, as a ceramic powder, the alumina powder whose average particle diameter D50 is 1.5 micrometers is used, for example. The mixing ratio of the glass powder and the ceramic powder is, for example, 60% glass powder and 40% ceramic powder by volume. Examples of the binder include polyvinyl butyral resin and methacrylic acid resin, examples of the plasticizer include dibutyl phthalate, and examples of the solvent include toluene and methyl ethyl ketone.
次いで上記のスラリーを、ドクターブレード法によってグリーンシートに成形する。その後、このグリーンシートを乾燥させ、所定寸法に切断してから、放電電極１０と誘電電極２０のペーストを別々のグリーンシート表面に印刷する。続いて放電電極を印刷したグリーンシートを最上層に、誘電電極２０を印刷したグリーンシートを２層目に、その他の電極印刷をしていないグリーンシート複数枚をその下に積層し、熱圧着によって一体化する。 Next, the slurry is formed into a green sheet by a doctor blade method. Thereafter, the green sheet is dried and cut to a predetermined size, and then the paste of the discharge electrode 10 and the dielectric electrode 20 is printed on separate green sheet surfaces. Subsequently, the green sheet on which the discharge electrode is printed is the uppermost layer, the green sheet on which the dielectric electrode 20 is printed is laminated on the second layer, and a plurality of other green sheets on which no electrode is printed are laminated under the green sheet. Integrate.
この積層グリーンシートを焼成することによってガラスセラミックス焼結体からなる誘電体を備えたイオン発生素子を得ることができる。なお材料の焼成温度は８００〜１０００℃、特に、８００〜９５０℃の温度であることが望ましい。 By firing this laminated green sheet, an ion generating element including a dielectric made of a glass ceramic sintered body can be obtained. The firing temperature of the material is desirably 800 to 1000 ° C., particularly 800 to 950 ° C.
誘電体３０の放電電極と誘電電極の間の距離（誘電体の厚さ）は、好ましくは、１００μｍ以下であり、さらに好ましくは、５０μｍ以下であり、さらに好ましくは、２０μｍ以下である。誘電体３０の電極間の距離を小さくすることにより、より低い電圧で放電させ、イオンを発生させることができる。したがって、イオンの発生効率を高めることができる。 The distance between the discharge electrode and the dielectric electrode of the dielectric 30 (dielectric thickness) is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and further preferably 20 μm or less. By reducing the distance between the electrodes of the dielectric 30, it is possible to discharge at a lower voltage and generate ions. Therefore, ion generation efficiency can be increased.
本発明のイオン発生素子は、ＤＣ方式、ＡＣ方式、ＤＣパルス方式、ＡＣパルス方式など種々の電圧印加方式で用いることができる。したがって、本発明のイオン発生素子はプラスイオンのみを発生してもよいし、マイナスイオンのみを発生してもよいし、プラスイオンとマイナスイオンを交互に発生してもよい。 The ion generating element of the present invention can be used in various voltage application methods such as a DC method, an AC method, a DC pulse method, and an AC pulse method. Therefore, the ion generating element of the present invention may generate only positive ions, may generate only negative ions, or may alternately generate positive ions and negative ions.
本発明のイオン発生素子は、静電気除去器などに用いることができるものであるが、これに限定されるものではなく、その他の用途にも用いることができるものである。 The ion generating element of the present invention can be used for a static eliminator or the like, but is not limited to this, and can be used for other purposes.
上記実施形態では、誘電体として板状の形状のものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の形状の誘電体であってもよい。 In the above embodiment, a plate-shaped dielectric is used as the dielectric, but the present invention is not limited to this, and other shapes of dielectric may be used.
１…イオン発生素子
１０…放電電極
１１…突起
１２…配線
２０…誘電電極
２１…電極部
２２…配線
３０…誘電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion generating element 10 ... Discharge electrode 11 ... Protrusion 12 ... Wiring 20 ... Dielectric electrode 21 ... Electrode part 22 ... Wiring 30 ... Dielectric
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2015075720A JP2016197489A (en) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | Ion generating device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2015075720A JP2016197489A (en) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | Ion generating device |
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| JP2016197489A true JP2016197489A (en) | 2016-11-24 |
Family
ID=57358290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2015075720A Pending JP2016197489A (en) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | Ion generating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2016197489A (en) |
-
2015
- 2015-04-02 JP JP2015075720A patent/JP2016197489A/en active Pending
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