CN103241715A - 臭氧产生元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种能够抑制因保护层的劣化引起的臭氧的产生量的下降的臭氧产生元件及其制造方法。层叠体(12)将电介质层(18a～18e)层叠而构成。放电电极(14)设置在电介质层(18a)上。感应电极(16)通过设置在电介质层(18b)上而隔着电介质层(18a)与放电电极(14)对置。保护层(20)以覆盖放电电极(14)的方式设置在电介质层(18a)上，且由玻璃陶瓷构成。

Description

臭氧产生元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及臭氧产生元件及其制造方法，更确切而言，涉及通过放电而由氧生成臭氧的臭氧产生元件及其制造方法。
背景技术
作为以往的臭氧产生元件，已知有例如专利文献1记载的臭氧产生元件。该臭氧产生元件的放电电极和感应电极隔着电介质基板而对置(对向する)。放电电极及感应电极分别通过由玻璃构成的保护膜覆盖。在如以上那样构成的臭氧产生元件中，通过对放电电极与感应电极之间施加交流高电压，而在放电电极的周围产生放电。由此，通过放电电极的周围的氧来生成臭氧。
然而，在专利文献1记载的臭氧产生元件中，在放电时，放电电极的温度上升。由于玻璃仅具有比较低的耐热性，因此由玻璃构成的保护膜因放电电极的温度的上升而劣化。其结果是，在专利文献1记载的臭氧产生元件中，放电电极发生炭化，臭氧的产生量下降。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2009-29647号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制保护层的劣化引起的臭氧的产生量的下降的臭氧产生元件及其制造方法。
【用于解决课题的手段】
本发明的一方式的臭氧产生元件的特征在于，具备：电介质层；设置在所述电介质层上的放电电极；隔着所述电介质层而与所述放电电极对置的感应电极；以及以覆盖所述放电电极的方式设置在所述电介质层上，且由玻璃陶瓷构成的保护层。
所述臭氧产生元件的制造方法的特征在于，同时烧成所述电介质层和所述保护层。
【发明效果】
根据本发明，能够抑制保护层的劣化引起的臭氧的产生量的下降。
附图说明
图1是臭氧产生元件的分解立体图。
图2是比较例的臭氧产生元件的分解立体图。
图3是表示第一实验的结果的曲线图(グラフ)。
图4是表示第三实验的结果的曲线图。
【符号说明】
10  臭氧产生元件
12  层叠体
14  放电电极
14a、16a  对置部
14b、16b  连接部
16  感应(誘導)电极
18a～18e  电介质层
20  保护层
24a、24b  外部电极
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式的臭氧产生元件及其制造方法。
(臭氧产生元件的结构)
以下，参照附图，说明一实施方式的臭氧产生元件的结构。图1是臭氧产生元件10的分解立体图。在图1中，将层叠方向定义为z轴方向，在从z轴方向俯视观察时，将臭氧产生元件10的长边延伸的方向定义为x轴方向，将臭氧产生元件10的短边延伸的方向定义为y轴方向。
臭氧产生元件10使用在具有除臭功能、杀菌功能的空气调节器或空气清洁器等中。如图1所示，臭氧产生元件10具备层叠体12、放电电极14、感应电极16、保护层20、外部电极24a、24b及通孔导体v1～v7。
层叠体12是由玻璃陶瓷构成的长方形形状的基板，具体而言是LTCC基板。LTCC基板的材料的一例是由CaO-Al2O3-SiO2-B2O3玻璃与Al2O3填料的混合物构成的玻璃陶瓷。通过将呈长方形形状的电介质层18(18a～18e)以从z轴方向的正方向侧向负方向侧依次排列的方式层叠而构成层叠体12。电介质层18的厚度例如为50μm以上且250μm以下。在本实施方式中，电介质层18的厚度为130μm。
放电电极14设置在电介质层18a的表面上，是包含银、铜、钯(パラジゥム)、氧化钌(酸化ルテニゥム)等导体材料的线状的导体层。如图1所示，放电电极14包括对置部14a及连接部14b。对置部14a呈现出具有朝向x轴方向的负方向侧突出的半周量的长度的圆弧的形状。连接部14b与对置部14a的y轴方向的正方向侧的端部连接，呈L字型。即，连接部14b从对置部14a的y轴方向的正方向侧的端部朝向x轴方向的正方向侧延伸，而且，朝向y轴方向的负方向侧折弯。连接部14b中的与对置部14a连接的端部的相反侧的端部ta位于电介质层18a的对角线的交点附近。而且，放电电极14的厚度例如为5μm以上且20μm以下。在本实施方式中，放电电极14的厚度为10μm。
感应电极16设置在电介质层18b的表面上，是包含银、铜、钯、氧化钌等导体材料的线状的导体层。如图1所示，感应电极16包括对置部16a及连接部16b。对置部16a呈现出具有朝向x轴方向的负方向侧突出的半周量的长度的圆弧的形状。感应电极16的对置部16a隔着电介质层18a而与放电电极14的对置部14a对置。而且，对置部16a的线宽比对置部14a的线宽粗。由此，对置部16a在从z轴方向俯视观察时，包含对置部14a。连接部16b与对置部16a的y轴方向的负方向侧的端部连接，并从该端部朝向x轴方向的正方向侧延伸。连接部16b中的与对置部16a连接的端部的相反侧的端部tb在电介质层18b的x轴方向的正方向侧位于y轴方向的负方向侧的角附近。而且，感应电极16的厚度例如为5μm以上且20μm以下。在本实施方式中，感应电极16的厚度为10μm。
外部电极24a设置在电介质层18d的背面上，呈椭圆形状。外部电极24a位于电介质层18d的对角线的交点附近。由此，外部电极24a在从z轴方向俯视观察时，与连接部14b的端部ta重叠。外部电极24a是包含银、铜、钯、氧化钌等导体材料的导体层。而且，为了防锈而对外部电极24a的表面实施由氧化钌构成的高电阻膏剂。另外，为了防锈而可以使用镀镍及镀锡等的镀敷，但在镀敷时可能会导致臭氧的产生量的下降，因此优选电阻膏剂。
外部电极24b设置在电介质层18d的背面上，呈椭圆形状。外部电极24b在电介质层18d的x轴方向的正方向侧位于y轴方向的负方向侧的角附近。由此，外部电极24b在从z轴方向俯视观察时，与连接部16b的端部tb重叠。外部电极24b是包含银、铜、钯、氧化钌等导体材料的导体层。而且，为了防锈而对外部电极24b的表面实施镀镍及镀锡。
在电介质层18e上设置开口O1、O2。开口O1、O2在从z轴方向俯视观察时，分别与外部电极24a、24b重叠。由此，外部电极24a、24b从层叠体12的z轴方向的负方向侧的主面向外部露出。
通孔导体v1～v4分别沿着z轴方向贯通电介质层18a～18d，通过相互连接而构成1根通孔导体。通孔导体v1～v4将连接部14b的端部ta和外部电极24a连接。由此，放电电极14与外部电极24a连接。通过向设置在电介质层18a～18d上的通孔填充银、铜、钯、氧化钌等导体材料来制作通孔导体v1～v4。
通孔导体v5～v7分别沿着z轴方向贯通电介质层18b～18d，通过相互连接而构成1根通孔导体。通孔导体v5～v7将连接部16b的端部tb和外部电极24b连接。由此，感应电极16与外部电极24b连接。通过向设置在电介质层18b～18d上的通孔填充银、铜、钯、氧化钌等导体材料来制作通孔导体v5～v7。
保护层20是以将放电电极14整体覆盖的方式设置在电介质层18a上的由玻璃陶瓷构成的层，起到防止放电电极14发生炭化或从层叠体12剥离的作用。保护层20呈现出与电介质层18相同的长方形形状，层叠在电介质层18a的z轴方向的正方向侧。而且，保护层20通过与电介质层18相同的材料构成，例如通过由CaO-Al2O3-SiO2-B2O3玻璃与Al2O3填料的混合物形成的玻璃陶瓷构成。保护层20的厚度优选为30μm以上且150μm以下。
在如以上那样构成的臭氧产生元件10中，对外部电极24a、24b之间施加交流高电压。作为该交流高电压，列举有例如频率为40kHz～70kHz且峰到峰(ピ一クッ一ピ一ク)为6kV～7kV的交流电压。当将交流高电压向外部电极24a、24b之间施加时，在放电电极14的外缘附近形成对应于交流高电压的交流周期的强的电场。此时，从放电电极14的外缘附近放出电子而向层叠体12赋予的现象与该电子从层叠体12返回放电电极14的现象反复发生。由此，在放电电极14的周边产生放电，通过放电而在层叠体12的表面附近由通过放电电极14附近的氧生成臭氧。
(臭氧产生元件的制造方法)
接下来，参照图1，说明臭氧产生元件10的制造方法。另外，以下，对于一个臭氧产生元件10的制造方法进行说明，但实际上，将大张的母陶瓷生料薄板(グリ一シ一ト)层叠而制作母层叠体，然后，将母层叠体切割，由此同时地制作多个层叠体。
首先，准备应成为电介质层18及保护层20的陶瓷生料薄板。具体而言，制作由CaO-Al2O3-SiO2-B2O3玻璃的粉末与Al2O3填料的混合物构成的玻璃陶瓷浆液。然后，通过刮刀(doctor blade)法，将得到的玻璃陶瓷浆液在PET的载体膜上形成为片状而使其干燥，制作出应成为电介质层18及保护层20的陶瓷生料薄板。
接下来，在应成为电介质层18a～18d的陶瓷生料薄板上分别形成通孔导体v1～v7。具体而言，对于应成为电介质层18a～18d的陶瓷生料薄板照射激光束而形成通孔。然后，对于通孔，通过印刷涂敷等方法填充包含银、铜、钯、氧化钌等导体材料的膏剂，从而形成通孔导体v1～v7。
接下来，对于应成为电介质层18e的陶瓷生料薄板，通过冲孔机等实施冲孔加工而形成开口O1、O2。
接下来，如图1所示，在应成为电介质层18a、18b的陶瓷生料薄板的表面上，通过丝网印刷法来涂敷由导电性材料构成的膏剂，由此形成放电电极14及感应电极16。由导电性材料构成的膏剂是在例如银粉末、铜粉末、钯粉末或氧化钌等金属粉末中加入了清漆(ヮニス)及溶剂而得到的膏剂。
接下来，如图1所示，在应成为电介质层18d的陶瓷生料薄板的背面上，通过丝网印刷法来涂敷由导电性材料构成的膏剂，由此形成作为外部电极24a、24b的银电极或铜电极。由导电性材料构成的膏剂是在例如银粉末或铜粉末中加入了清漆及溶剂而得到的膏剂。
接下来，将应成为保护层20及电介质层18a～18e的陶瓷生料薄板以从z轴方向的正方向侧向负方向侧依次排列的方式一张张层叠及临时压接，形成未烧成的母层叠体。然后，对于母层叠体通过热压接而进行真正压接(本压着)。
接下来，将母层叠体切割成单个的未烧成的层叠体12。
接下来，对于未烧成的层叠体12实施脱粘合剂处理及烧成。由此，同时地烧成电介质层18及保护层20。
最后，在成为外部电极24a、24b的银电极或铜电极的表面，涂敷由氧化钌构成的高电阻膏剂并进行烧成，由此形成外部电极24a、24b。通过以上的工序，完成臭氧产生元件10。
(效果)
根据如以上那样构成的臭氧产生元件10，能够抑制保护层20的劣化引起的臭氧的产生量的下降。更详细而言，在专利文献1记载的臭氧产生元件中，在放电时，放电电极的温度上升。由于玻璃仅具有比较低的耐热性，因此由玻璃构成的保护膜因放电电极的温度的上升而劣化。其结果是，在专利文献1记载的臭氧产生元件中，放电电极未受到充分保护而发生炭化，臭氧的产生量下降。
另一方面，在臭氧产生元件10中，保护层20由玻璃陶瓷构成。玻璃陶瓷比玻璃的耐热性优异。因此，由玻璃陶瓷构成的保护层20与由玻璃构成的保护膜相比，放电时不易发生劣化。其结果是，在臭氧产生元件10中，抑制放电电极14发生炭化的情况，从而抑制臭氧的产生量的下降。
另外，在臭氧产生元件10中，基于以下的理由而能够抑制保护层20的劣化引起的臭氧的产生量的下降。更详细而言，随着保护层含有的玻璃的比例升高，而使得放电电极内的导体材料容易向保护层扩散。由此，在专利文献1记载的臭氧产生元件中，导体材料容易向由玻璃构成的保护层扩散。因此，在专利文献1记载的臭氧产生元件中，保护层容易劣化。尤其是在导体材料包含银时，导体材料容易向保护层扩散。
另一方面，在臭氧产生元件10中，保护层20由玻璃陶瓷构成。因此，保护层20含有的玻璃的比例比专利文献1记载的保护层含有的玻璃的比例低。因此，放电电极14的导体材料不易扩散到保护层20内。由此，在臭氧产生元件10中，放电电极14不易发生劣化。
另外，在臭氧产生元件10中，能够减少制造工序数。更详细而言，在专利文献1记载的臭氧产生元件中，保护膜由耐热性差的玻璃构成。因此，保护膜的烧成温度比放电电极及感应电极的烧成温度低。由此，放电电极及感应电极的烧成和保护膜的烧成必须通过不同的工序进行。
另一方面，在臭氧产生元件10中，保护层20由耐热性优异的玻璃陶瓷构成。因此，能够使保护层20的烧成温度与放电电极14及感应电极16的烧成温度接近。由此，能够同时烧成放电电极14、感应电极16及保护层20。其结果是，能够减少臭氧产生元件10的制造工序数。
另外，在臭氧产生元件10中，由于使用玻璃陶瓷作为电介质层18，因此在放电电极14、感应电极16、外部电极24a、24b及通孔导体v1～v7中可以不使用铂(プラチナ)、金等高价的材料，而使用银、铜等廉价的材料。因此，能减少臭氧产生元件10的制造成本。
另外，在臭氧产生元件10中，由于电介质层18的厚度为50μm以上且250μm以下，因此能够以比较低的施加电压进行驱动。比较低的施加电压是例如峰到峰为8kV以下的施加电压。
(实验)
本申请发明者为了明确臭氧产生元件10起到的效果，而进行了以下说明的第一实验至第三实验。在第一实验中，制作了各五个的臭氧产生元件10的第一样品及以下说明的比较例的臭氧产生元件的第二样品。然后，对未使用状态的第一样品及第二样品进行驱动，研究了时间经过与臭氧浓度的关系。
首先，参照附图，说明比较例的臭氧产生元件。图2是比较例的臭氧产生元件110的分解立体图。在图2中，将臭氧产生元件110的法线方向定义为z轴方向，在从z轴方向俯视观察时，将臭氧产生元件110的长边延伸的方向定义为x轴方向，将臭氧产生元件110的短边延伸的方向定义为y轴方向。
臭氧产生元件110具备电介质基板112、放电电极114、感应电极116、保护层120、122、外部电极124a、124b及通孔导体v10。电介质基板112是长方形形状的氧化铝基板。放电电极114具有与放电电极14相同的形状，设置在电介质基板112的z轴方向的正方向侧的主面上。感应电极116具有与感应电极16相同的形状，设置在电介质基板112的z轴方向的负方向侧的主面上。
外部电极124a设置在电介质基板112的z轴方向的负方向侧的主面的对角线的交点附近。通孔导体v10沿着z轴方向贯通电介质基板112，将放电电极114和外部电极124a连接。
外部电极124b设置在电介质基板112的z轴方向的负方向侧的主面上，与感应电极116连接。
保护层120是将放电电极114的整面覆盖的长方形形状的由玻璃构成的电介质层。保护层120层叠在电介质基板112的z轴方向的正方向侧的主面上。
保护层122是将感应电极116的整面覆盖的长方形形状的由玻璃构成的电介质层。保护层122层叠在电介质基板112的z轴方向的负方向侧的主面上。而且，在保护层122上设置开口O11、O12。外部电极124a、124b分别经由开口O11、O12而向外部露出。
实验条件如以下所述。
施加电压的峰到峰：6.5kV
施加电压的频率：60Hz
臭氧浓度的测定：将样品放入注射器中，以1.5L/分钟的速度吸引臭氧，利用臭氧浓度计((日本)荏原实业公司制EG-3000)进行了测定。
图3是表示第一实验的结果的曲线图。纵轴表示臭氧浓度，横轴表示时间。在图3的曲线图中，表示了五个第一样品的臭氧浓度的平均及五个第二样品的臭氧浓度的平均。
根据图3，在第二样品中，伴随着时间经过而臭氧浓度下降。其原因考虑是由于保护层120发生劣化而使得放电电极114发生炭化的缘故。
另一方面，在第一样品中，即使时间经过，臭氧量也不会较大地变化。其原因考虑是通过抑制保护层20的劣化，而抑制了放电电极14发生炭化的缘故。由以上可知，在臭氧产生元件10中，通过在保护层20的材料中使用玻璃陶瓷，能抑制臭氧的产生量的下降。
接下来，本申请发明者作为第二实验，在常温下对第一样品及第二样品进行驱动，进行了耐久试验。耐久试验的实验条件如以下所述。
气温：20℃～30℃
湿度：20％RH～70％RH
施加电压的峰到峰：6.5kV
施加电压的频率：60Hz
本申请发明者对于第一样品及第二样品，反复进行了在施加50秒钟的施加电压之后将施加电压的施加停止10秒钟这样的循环。其结果是，第二样品经过1000小时的耐久试验，放电电极114发生炭化而烧伤，不再产生臭氧。另一方面，第一样品即使经过2000小时的耐久试验，放电电极14也未发生炭化，继续产生臭氧。由以上可知，臭氧产生元件10由于保护层20由玻璃陶瓷构成，而具有高耐久性。
接下来，本申请发明者为了研究保护层20的厚度的适当的范围，而进行了以下说明的第三实验。具体而言，本申请发明者制作了保护层20的厚度为30μm的第三样品、保护层20的厚度为100μm的第四样品、保护层20的厚度为150μm的第五样品及保护层20的厚度为200μm的第六样品。在对基板进行切割器切割之后，进行树脂加固，然后进行研磨，在形成了截面之后，利用光学显微镜测定了保护层20的厚度。并且，在第三样品至第六样品中，研究了产生臭氧的施加电压的峰到峰。以下表示实验结果。
第三样品：4kV
第四样品：6kV
第五样品：8kV
第六样品：11.5kV
如以上那样，在第三样品至第六样品中，确认到了通过施加4kV～11.5kV的施加电压而产生臭氧的情况。但是，从臭氧产生元件10的驱动电路的设计的观点出发，臭氧产生元件10优选利用具有10kV以下的峰到峰的施加电压进行驱动。由此，保护层20的厚度优选为150μm以下。
图4是表示第三实验的结果的曲线图。纵轴表示臭氧浓度，横轴表示时间。根据图4可知，随着保护层20的厚度减薄，臭氧浓度升高。由此，保护层20优选薄的厚度。在第三实验中，确认到了若保护层20的厚度为30μm以上则臭氧产生元件10没有问题地进行动作的情况。因此，保护层20的厚度优选为30μm以上。另外，就第六样品而言，由于初始施加电压高，因此在本次的样品的电路设计中，判断为难以继续测定，而中断了测定。因此，图4未表示第六样品的曲线图。
(其他的实施方式)
本发明的臭氧产生元件及其制造方法并不局限于上述实施方式的臭氧产生元件10及其制造方法，在其要点的范围内能够变更。
另外，在臭氧产生元件10中，也可以取代使用层叠了电介质层18的层叠体12，而使用电介质基板。
另外，在臭氧产生元件10中，电介质层18和保护层20可以由不同的材料构成。例如，电介质层18和保护层20可以由不同的玻璃陶瓷材料构成。或者可以是电介质层18由氧化铝基板构成而保护层20由玻璃陶瓷构成。但是，在电介质层18和保护层20由相同材料构成时，电介质层18与保护层20的密接性升高，能够抑制界面产生剥离或裂纹等的情况。
【工业上的可利用性】
如以上那样，本发明在臭氧产生元件及其制造方法中有用，尤其是在能够抑制保护层的劣化引起的臭氧的产生量的下降的方面较为优异。

Claims (6)

1.一种臭氧产生元件，其特征在于，
具备：
电介质层；
设置在所述电介质层上的放电电极；
隔着所述电介质层而与所述放电电极对置的感应电极；以及
以覆盖所述放电电极的方式设置在所述电介质层上，且由玻璃陶瓷构成的保护层。
2.根据权利要求1所述的臭氧产生元件，其特征在于，
所述电介质层由玻璃陶瓷构成。
3.根据权利要求1或2所述的臭氧产生元件，其特征在于，
所述保护层和所述电介质层由相同的材料构成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的臭氧产生元件，其特征在于，
所述保护层的厚度为30μm以上且150μm以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的臭氧产生元件，其特征在于，
所述放电电极及所述感应电极包含银。
6.一种臭氧产生元件的制造方法，制造权利要求1～5中任一项所述的臭氧产生元件，其特征在于，
同时烧成所述电介质层和所述保护层。
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