JPWO2013085045A1 - プラズマ発生装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、オゾンの生成を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させて、脱臭機能及び殺菌機能を十分に発揮できるようにするものであり、誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが貫通するように構成されており、前記一対の電極２１、２２間において前記流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘのみにプラズマが発生するように構成している。

Description

本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法に関するものである。
近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。
生活環境の空気質制御を目的とする従来技術は、フィルターに代表されるような物理的制御が一般的である。物理的制御は、空気中に浮遊する比較的大きな埃や塵、フィルター孔の大きさによっては、細菌やウィルスなども捕獲できる。また、活性炭のように無数の吸着サイトがある場合は、悪臭の臭気分子も捕獲可能である。しかし、捕獲するためには制御対象の空間内の空気を満遍なくフィルターに通す必要があり、装置が大型化し、フィルター交換等の維持コストもかさむという難点があるうえに、付着物に対しては効果が無い。そこで、付着物に対し殺菌や脱臭を可能とする手段として、化学的活性種を殺菌や脱臭を行いたい空間に放出することがあげられる。薬品の散布や芳香剤、消臭剤の放出では、あらかじめ活性種を用意する必要があり、定期的な補充が不可欠である。それに対し、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる手段が近年増えてきている。
大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカルによって殺菌や脱臭を行う技術は、次の２つの形式に分類できる。
（１）大気中に浮遊する菌やウィルス（以下、浮遊菌）、もしくは悪臭物質（以下、臭気）を装置内の限られた容積内でイオンやラジカルと反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献１）
（２）プラズマ発生部で生成されたイオンやラジカルを（１）よりも容積の大きな閉空間（例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等）へ放出し、大気中でのイオンやラジカルと浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献２）
（１）の受動型のプラズマ発生装置の利点は、小容積内でプラズマを発生させて高濃度のイオンやラジカルが生成されるため、高い殺菌効果及び脱臭効果が期待される。一方、欠点としては浮遊菌や臭気を装置内に導入する必要があるため、装置が大型化し、またプラズマ発生から副生成物としてオゾンが発生しやすく、オゾンを装置外に漏洩させないために、吸着もしくは分解するフィルターを別途設置する必要がある。
次に、（２）の能動型のプラズマ発生装置の利点は、装置を比較的小さくでき、浮遊菌の殺菌や空気中の臭気の分解に加え、衣類や生活用品の表面に付着した菌（以下、付着菌）の殺菌や表面に吸着した臭気の分解も期待できる点である。一方、欠点としては、イオンやラジカルが装置の体積に比べて非常に大きな閉空間内に拡散されることから濃度が低くなるため、寿命の長い活性種のみに殺菌や脱臭の効果を期待せざるを得ない点である。その結果、臭気濃度の高い空間（活性種濃度に対して１万倍程度高い濃度）においてはほとんど脱臭効果が期待できないことになる。
以上のことから、受動型のプラズマ発生装置では、当該装置に流入する空気流に含まれる浮遊菌や臭気に対してのみ効果が限定され、能動型のプラズマ発生装置では濃度の低い浮遊菌、付着菌、臭気に対しての効果しか期待できない。即ち、従来技術を利用し実現できることは、「浮遊菌の殺菌と脱臭」、あるいは「濃度の低い浮遊菌、付着菌の殺菌および付着臭気の脱臭」のどちらかに限定されることになる。
ところが、日常生活環境内で高濃度の付着菌の殺菌と高濃度臭気の脱臭を同時に行いたい状況がいくつかある。最も典型的な例は冷蔵庫の冷蔵室内であり、食品表面や保管容器等の表面に付着した菌が多く存在し、食品そのものや腐敗した食べ残し等から発生する臭気も同時に存在する。
特開２００２−２２４２１１号公報 特開２００３−７９７１４号公報
このようなことから本願発明者は、プラズマを発生させてイオンやラジカルにより脱臭する受動型の機能と、そのイオンやラジカルを放出して付着菌を殺菌する能動型の機能との二つを同時に兼ね備えさせるためにイオンやラジカルの生成量を増やすことを考えている。このため本願発明者は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成したプラズマ発生装置の改良を行っている。
本願発明者は、上記のプラズマ発生装置において、オゾンの発生を抑制するとともに、イオンやラジカルを高濃度化するために、電極に設けられる誘電体膜の材料、構造又は厚さ、或いは所定電圧をパルス電圧としてその電圧値又はパルス幅等を検討している。そして、本願発明者が上記プラズマ発生装置について更なる検討を行った結果、各電極における流体流通孔の開口端部でイオンやラジカルが優勢的に発生し、各電極における開口端部以外の部分でオゾンが優勢的に発生することを見出した。
そこで本発明は、オゾンの発生を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させて、イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能と十分に発揮できることをその主たる所期課題とするものである。
すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成されており、前記一対の電極間において前記流体流通孔を形成する開口端部のみにプラズマが発生するように構成されていることを特徴とする。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあり、互いに対向することをいい、直交座標系においてｚ軸方向よりｘｙ平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ（ｘ、ｙ）の座標位置であることをいう。
このようなものであれば、一対の電極間において前記流体流通孔を形成する開口端部のみにプラズマが発生するように構成されているので、開口端部でのみプラズマを発生させてイオンやラジカルを優勢的に生成することができるとともに、オゾンが優勢的に生成される開口端部以外の部分ではプラズマが発生しない。これにより、オゾンの生成を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させることができ、当該イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。なお、前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けていることにより、各電極２１、２２間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサを不要としながらも、対向面間に空隙が形成することができる。
流体流通孔の開口端部のみでプラズマを発生させるための具体的な実施の態様としては、前記一対の電極において前記流体流通孔を形成する開口端部の対向距離が、前記開口端部以外の部分の対向距離よりも小さくなるように構成されており、前記一対の電極間に所定電圧を印加した場合に、前記流体流通孔を形成する開口端部のみでプラズマ放電することが望ましい。これならば、一対の電極において流体流通孔を形成する開口端部の対向距離と開口端部以外の部分の対向距離とを調節するだけで、流体流通孔を形成する開口端部のみにプラズマを発生させることができる。
流体流通孔を形成する開口端部の対向距離を、開口端部以外の部分の対向距離よりも小さくするためには、前記流体流通孔を形成する開口端部に形成された誘電体膜の膜厚が、前記開口端部以外の部分に形成された誘電体膜の膜厚よりも厚いことが望ましい。これならば誘電体膜の膜厚を調節するだけで、流体流通孔を形成する開口端部のみにプラズマを発生させることができる。
流体流通孔の開口全周に亘ってプラズマを発生させるためには、前記開口端部の全周に形成された誘電体膜の膜厚が、前記開口端部以外の部分に形成された誘電体膜の膜厚よりも厚いことが望ましい。
具体的には、前記開口端部に形成された誘電体膜の膜厚と前記開口端部以外の部分に形成された誘電体膜の膜厚との差が、１μｍ以上５００μｍ以下であることが望ましい。
また、前記各電極の前記流体流通孔を形成する開口端部以外の部分に、プラズマの発生を防止するプラズマ発生防止部材が設けられていることが望ましい。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあり、互いに対向することをいい、直交座標系においてｚ軸方向よりｘｙ平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ（ｘ、ｙ）の座標位置であることをいう。
このようなものであれば、流体流通孔を形成する開口端部以外の部分にプラズマ発生防止部材を設けているので、開口端部でプラズマを発生させながらも、開口端部以外の部分で発生するプラズマを低減することができる。開口端部のプラズマではイオンやラジカルを優勢的に生成され、開口端部以外の部分のプラズマではオゾンが優勢的に生成されることから、上記構成とすることにより、オゾンの生成を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させることができ、当該イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。なお、前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けていることにより、各電極間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサを不要としながらも、対向面間に空隙が形成することができる。
プラズマ発生防止部材を流体流通孔の開口端から離し過ぎるとオゾンが優勢的に生成されるようになる。このため、前記プラズマ発生防止部材が、前記流体流通孔を形成する開口端から０μｍ〜５００μｍの範囲外に設けられていることが望ましい。
開口端部以外の部分でプラズマを発生しないようにするとともに、開口端部のみでプラズマを発生させることで、オゾンの生成を可及的に抑制するためには、前記プラズマ発生防止部材が、前記一対の電極間において前記開口端部以外の部分全体に設けられていることが望ましい。
一対の電極間の絶縁性を保つためには、前記プラズマ発生防止部材が、比誘電率が３０以下の低誘電材料から形成されていることが望ましい。
プラズマ発生防止部材と各電極の対向面又は誘電体膜との間に隙間があるとその隙間でプラズマが発生する恐れがある。このため、前記プラズマ発生防止部材が、各電極の対向面又は誘電体膜に密着していることが望ましい。
一対の電極を互いに対向した状態で固定するための別の固定部材を不要としてプラズマ発生装置の構成を簡略化するためには、前記一対の電極が、前記プラズマ発生防止部材により接着されていることが望ましい。
プラズマ発生防止部材の固定を簡単化するためには、前記プラズマ発生防止部材が、前記一対の電極に挟まれて固定されていることが望ましい。なお、この場合は、一対の電極を互いに対向した状態で固定するための固定部材が必要となる。
流体が効率的に流体流通孔を通過するようにしてイオンやラジカルの発生を促進すると共に、脱臭効果を増大させるためには、前記流体流通孔の上流側又は下流側に送風機構を設け、当該送風機構により前記流体流通孔に風が流れるように構成されていることが望ましい。ここで、前記送風機構により前記流体流通孔を通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の範囲内としていることが望ましい。
前記誘電体膜を溶射法によって形成することにより、誘電体膜の膜厚を制御し易くすることができる。
流体流通孔を形成する開口端部におけるプラズマにおいて、イオンやラジカルの活性種の生成量を増大させながらもオゾン発生量を抑制するためには、前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としていることが望ましい。
また付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現するための別の本発明に係るプラズマ発生装置は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成しており、前記流体流通孔を形成する開口端部に形成された誘電体膜の膜厚及び前記貫通孔を形成する開口端部に形成された誘電体膜の膜厚が、それら開口端部以外の部分に形成された誘電体膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする。
このようなものであれば、流体流通孔を通過した流体を、貫通孔を介してプラズマにさらに接触させることができ、或いは、流体流通孔を通過する前の流体を、貫通孔を介してプラズマに予め接触させることができる。これにより、イオン及びラジカルの生成量を増加させることができる。このとき、流体流通孔を形成する開口端部に形成された誘電体膜の膜厚及び貫通孔を形成する開口端部に形成された誘電体膜の膜厚が、それら開口端部以外の部分に形成された誘電体膜の膜厚よりも厚いので、それら開口端部でのみプラズマを発生させてイオンやラジカルを優勢的に生成することができるとともに、オゾンが優勢的に生成される開口端部以外の部分ではプラズマが発生しない。これにより、オゾンの生成を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させることができ、当該イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。
また付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現するための別の本発明に係るプラズマ発生装置は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成されており、前記一対の電極間において流体流通孔を形成する開口端部、並びに、前記貫通孔を形成する開口端部及びこれに対向する部分以外の部分にプラズマ発生防止部材が設けられていることを特徴とする。
このようなものであれば、流体流通孔を通過した流体を、貫通孔を介してプラズマにさらに接触させることができ、或いは、流体流通孔を通過する前の流体を、貫通孔を介してプラズマに予め接触させることができる。これにより、イオン及びラジカルの生成量を増加させることができる。このとき、一対の電極間において流体流通孔を形成する開口端部、並びに、前記貫通孔を形成する開口端部及びこれに対向する部分以外の部分にプラズマ発生防止部材が設けられているので、開口端部でプラズマを発生させながらも、開口端部以外の部分で発生するプラズマを低減することができる。開口端部のプラズマではイオンやラジカルを優勢的に生成され、開口端部以外の部分のプラズマではオゾンが優勢的に生成されることから、上記構成とすることにより、オゾンの生成を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させることができ、当該イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。
また付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現するための別の本発明に係るプラズマ発生装置は、対向する一対の電極を備え、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するプラズマ発生装置であって、各電極が、それぞれ、絶縁性基板と、前記絶縁性基板の対向面に形成された導電膜と、前記導電膜上に形成された誘電体膜とを有するとともに、前記各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔が設けられ、これらが貫通するように構成してあり、前記導電膜が、前記絶縁性基板の対向面のうちプラズマ放電する所定の領域に選択的に形成してあることを特徴とする。
このようなものであれば、従来用いられている金属等からなる導電性基板に代えて、セラミック基板等の絶縁性基板を用い、プラズマ放電する領域を特定して当該領域に選択的に導電膜を形成することにより、プラズマ放電により発生する化学種を選択することができ、イオンやラジカル等の活性種を優勢に発生させたり、オゾンを優勢に発生させたりすることが可能となる。このため、本発明によれば、用途に応じて導電膜を形成する領域を変えて、イオンやラジカル等の活性種の発生とオゾンの発生とを制御して、安全性を確保しつつ殺菌及び脱臭効果を向上することができる。
具体的には、イオンやプラズマ等の活性種を優勢に発生させたいときは、前記導電膜が、前記絶縁性基板の対向面のうち前記流体流通孔の開口周縁より１ｍｍ以内の領域（Ａ）に形成されていることが好ましい。
一方、オゾンを優勢に発生させたいときは、前記導電膜が、前記絶縁性基板の対向面のうち前記流体流通孔の開口周縁より１ｍｍを超えて離れた領域（Ｂ）に形成されていることが好ましい。
そして、前記導電膜が、前記絶縁性基板の対向面のうち、前記流体流通孔の開口周縁より１ｍｍ以内の領域（Ａ）と前記流体流通孔の開口周縁より１ｍｍを超えて離れた領域（Ｂ）とに形成されており、前記領域（Ａ）に形成された導電膜と前記領域（Ｂ）に形成された導電膜とが電気的に分離している場合は、いずれの導電膜に電気を流すかを選択することにより、イオンやプラズマ等の活性種とオゾンとのいずれを優勢に発生させるかを相互に切り替えることができる。
本発明者は、貫通孔の配置が異なる３種類の電極を用いて、前記領域（Ａ）と前記領域（Ｂ）との割合を変えて、以下の条件下でプラズマ放電させて、イオン数及びオゾン濃度の変化を調べた。
・印加電圧：７００Ｖ
・パルス幅：５μ秒
・周波数：１ｋＨｚ
・送風：電極の貫通孔に風速２ｍ／ｓの風が通るようにファンを設置。
・イオン数測定：空気イオン測定器にて、電極から１００ｍｍの距離で測定。
・オゾン濃度測定：オゾン濃度計のサンプリングチューブを、電極から１０ｍｍの距離に設置し測定。
その結果、図２２及び図２３に示すように、印加する電圧、パルス幅、周波数を変化させても、領域（Ａ）の割合が大きくなるほど（すなわち、領域（Ｂ）の割合が小さくなるほど）、イオン数が多くなり、オゾン濃度が小さくなる傾向が観察された。
イオンやプラズマ等の活性種とオゾンとのいずれを優勢に発生させるかを高い精度で制御するためには、前記誘電体膜が、前記導電膜の上及びその近傍のみに形成されていることが好ましい。
プラズマを発生させるための電極間の空隙を、スペーサを用いずに形成するためには、前記誘電体層の表面粗さ（Ｒｚ）が、１〜１００μｍであることが好ましい。
前記絶縁性基板は、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、及び、ＴｉＯ２からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含有する材料から形成されてなるものであることが好ましい。
前記誘電体膜は、その構成元素として、Ｂａ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｙ、及び、Ｍｇからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む材料から形成されてなるものであることが好ましい。更に、このような材料としては、酸化物、炭化物、窒化物、及び、ホウ化物からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含有するものが好適に用いられる。
前記導電膜は、その構成元素として、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、及び、Ｉｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む材料から形成されてなるものであることが好ましい。
前記誘電体膜の形成手段としては、例えば、グリーンシート、スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー、物理蒸着等が挙げられる。
前記絶縁性基板の形成手段としては、例えば、グリーンシート、プレス成形等が挙げられる。
前記導電膜の形成手段としては、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー、物理蒸着等が挙げられる。
本発明に係るプラズマ発生装置の製造方法もまた、本発明の１つである。当該製造方法は、前記絶縁性基板上に導電性ペーストを塗布して所定の導電性パターンを形成する工程と、前記導電性パターン上に前記誘電体膜を形成するための材料を重ねる工程と、前記絶縁性基板と前記導電性パターン及び前記誘電体膜の材料とを同時に加温して焼成することにより前記電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
このようものであれば、従来の技術より、容易に、かつ、少ない工程で電極を作製することができるので、製造コストの低減を図ることができる。また、本発明によれば、多様な形状や構造の電極を作製することが可能となるため、用途に応じた電極の形状や構造の選択の自由度が増す。
このように構成した本発明によれば、オゾンの発生を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させて、イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能と十分に発揮できる。
本発明のプラズマ発生装置の第１実施形態を示す斜視図。 第１実施形態におけるプラズマ発生装置の作用を示す模式図。 第１実施形態における電極部を示す平面図。 第１実施形態における電極部及び防爆機構を示す断面図。 第１実施形態における電極部の対向面の構成を示す拡大断面図。 第１実施形態における流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大断面図。 第１実施形態における流体流通孔を形成する開口端部を模式的に示す拡大断面図。 第１実施形態における流体流通孔を形成する開口端部を模式的に示す斜視図。 第１実施形態における貫通孔を形成する開口端部を模式的に拡大断面図。 第１実施形態におけるイオン数密度とオゾン濃度とのパルス幅依存性を示す図。 第２実施形態における流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大断面図。 第２実施形態における流体流通孔を形成する開口端部を模式的に示す拡大断面図。 第２実施形態におけるプラズマ発生防止部材を設けた位置を模式的に示す平面図。 第３実施形態における電極を対向面側から示した平面図である。 第３実施形態におけるプラズマ電極部のＡＡ線断面図である。 変形実施形態の流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大断面図。 変形実施形態の流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大断面図。 変形実施形態のプラズマ発生防止部材を設けた位置を模式的に示す平面図。 変形実施形態のプラズマ発生防止部材を設けた位置を模式的に示す平面図。 変形実施形態における電極を対向面側から示した平面図である。 変形実施形態における電極を対向面側から示した平面図である。 貫通孔の配置が異なる３種類の電極にプラズマ放電させた際のイオン数を示すグラフである。 貫通孔の配置が異なる３種類の電極にプラズマ放電させた際のオゾン濃度を示すグラフである。
１００・・・プラズマ発生装置
２１・・・一方の電極
２２・・・他方の電極
２１ａ、２２ａ・・・誘電体膜
２１ｂ、２２ｂ・・・流体流通孔
２１ｘ、２２ｘ・・・流体流通孔を形成する開口端部
２１ｃ・・・貫通孔
２１ｙ・・・貫通孔を形成する開口端部
Ｌ１・・・流体流通孔を形成する開口端部の対向距離
Ｌ３・・・開口端部以外の部分の対向距離
ｔ１・・・開口端部の誘電体膜の膜厚
ｔ３・・・開口端部以外の部分の誘電体膜の膜厚
３・・・送風機構
６・・・プラズマ発生防止部材
２１ｆ、２２ｆ・・・セラミック基板
２１ｇ、２２ｇ・・・導電膜
＜１．第１実施形態＞
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品に用いられるものであり、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌又は付着菌を殺菌するものである。
具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、マイクロギャッププラズマ（Micro Gap Plasma）によりイオンやラジカルを生成させるプラズマ電極部２と、当該プラズマ電極部２の外部に設けられて当該プラズマ電極部２に強制的に風（空気流）を送る送風機構３と、前記プラズマ電極部２の外部に設けられてプラズマ電極部２で生じる火炎が外部に伝播しないようにする防爆機構４、および電極部２に高電圧を印加するための電源５とを備えている。
以下、各部２〜５について各図を参照して説明する。
プラズマ電極部２は、図２〜図６に示すように、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものである。各電極２１、２２は、特に図３に示すように、平面視において（電極２１、２２の面板方向から見たときに）概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。なお、電極部２の電極２１、２２の縁部には、電源５からの電圧が印加される印加端子２Ｔが形成されている（図３参照）。
ここで電源５によるプラズマ電極部２への電圧印加方法は、各電極２１、２２に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている。図１０に示すように、パルス幅が３００μ秒以下において、イオン数密度が測定され、かつオゾン濃度が低くなり、パルス幅が小さくなるに従って、イオン数は増加し、オゾン濃度は減少する。これにより、オゾン発生量を抑制し、プラズマで生成された活性種を、従来技術に良く見られるようなフィルター等で失うことなく、効率的に放出することができ、その結果、付着菌の殺菌を短時間で実現することが可能となる。
また、図５に示すように、電極２１、２２の対向面には、例えばチタン酸バリウム等の誘電体が塗布されて誘電体膜２１ａ、２２ａが形成されている。この誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さ（本実施形態では算出平均粗さＲａ）は０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この他表面粗さとしては、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚを用いて規定しても良い。このように誘電体膜２１ａ、２２ａの平面粗さを上記範囲内の値にすることによって、各電極２１、２２を重ね合わせるだけで、対向面間に空隙が形成されて、当該空隙内にプラズマが発生することになる。なお、前記誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さは、溶射法などの薄膜形成方法によって制御することが考えられる。また、電極に塗布する誘電体としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。
さらに図３、図４及び図６に示すように、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが連通して貫通するように構成されている。本実施形態では、図３などに示すように、各流体流通孔２１ｂ、２２ｂは、面板方向から視たときに（平面視において）概略円形状をなすものであり、電極２１、２２の対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭が一致するように形成している。
なお、電極２１、２２の面板方向から視たときに（平面視において）、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成しても良い。具体的には、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口サイズ（開口径）が、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口サイズ（開口径）よりも小さく（例えば開口径が１０μｍ以上小さく）形成することが考えられる。
また、本実施形態のプラズマ電極部２は、図３及び図６に示すように、流体流通孔２１ｂ、２２ｂとは別に、一方の電極２１に貫通孔２１ｃを設けてこの貫通孔２１ｃが他方の電極２２によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している。
送風機構３は、前記プラズマ電極部２の他方の電極２２側に配置されており、プラズマ電極部２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂ（完全開口部）に向かって強制的に風を送る送風ファンを有するものである。具体的にこの送風機構３は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上３０ｍ／ｓ以下の範囲内としている。
防爆機構４は、図４に示すように、一対の電極２１、２２の外側に配置された保護カバー４１を有し、可燃性ガスが流体流通孔２１ｂ、２２ｂに流入してプラズマによって生じた火炎が、保護カバー４１を越えて外部に伝播しないように構成されたものである。具体的に防爆機構４は、その保護カバー４１が、一対の電極２１、２２の外側に配置された金属メッシュ４１１を有し、当該金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュ４１１の開口率が３０％以上である。
しかして本実施形態のプラズマ発生装置１００は、一対の電極２１、２２間において流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘ及び貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙ及びこれに対向する部分のみにプラズマが発生するように構成されている。なお、開口端部２１ｘ、２２ｘ、２１ｙとは、オゾンの生成がイオンやラジカルの生成よりも劣勢である領域であり、例えば開口端から数１０μm程度から１ｍｍ程度の範囲である。
具体的には、図６及び図７に示すように、一対の電極２１、２２において、互いに対向する流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘの対向距離Ｌ１と、貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙ及びこれに対向する誘電体膜２２ａの対向距離Ｌ２とが、開口端部以外の部分の対向距離Ｌ３よりも小さくなるように構成されており、上述したパルス電圧を一対の電極２１、２２間に印加した場合に、互いに対向する流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘと、貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙ及びこれに対向する誘電体膜２２ａとのみでプラズマ放電する。
より詳細には、図７及び図８に示すように、対向面における流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘの誘電体膜２１ａ、２２ａの膜厚ｔ１と、対向面における貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙの誘電体膜２１ａの膜厚ｔ２とが、対向面におけるそれら開口端部以外の部分の誘電体膜２１ａ、２２ａの膜厚ｔ３よりも厚くしている。ここで、開口端部２１ｘ、２２ｘの誘電体膜２１ａ、２２ａの膜厚ｔ１と、開口端部以外の部分の誘電体膜２１ａ、２２ａの膜厚ｔ３との差は、１０μｍ以上５００μｍ以下である。また、対向面における貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙの誘電体膜２１ａの膜厚ｔ２と、開口端部以外の部分の誘電体膜２１ａの膜厚ｔ３との差も同様に、１０μｍ以上５００μｍ以下である。なお、ここでの膜厚の差とは、表面粗さを考慮した平均的な膜の厚さのことをいう。本実施形態では、図９に示すように、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘ及び貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙの全周に亘って環状に、誘電体膜２１ａ、２２ａの膜厚ｔ１、ｔ２が、それら開口端部以外の部分の誘電体膜２１ａ、２２ａの膜厚ｔ３よりも厚くしている。
本実施形態では、このように構成された一対の電極２１、２２を誘電体膜２１ａ、２２ａが対向するように重ね合わせることにより、流体流通孔２１ｂを形成する開口端部２１ｘの誘電体膜２１ａと流体流通孔２２ｂを形成する開口端部２２ｘの誘電体膜２２ａとが接触する。このとき、それらの間には、誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さによる凹凸によって空隙が形成されて、当該空隙内にプラズマが発生することになる。なお、図６及び図７においては便宜上誘電体膜２１ａ、２２ａが離間した図を示している。一方、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘ及び貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙ以外の部分においては、対向する誘電体膜２１ａ、２２ａの対向距離がプラズマ放電しない距離となるため、それら開口端部以外の部分ではプラズマは発生しない。
＜第１実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置１００によれば、一対の電極２１、２２間において前記流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部のみにプラズマが発生するように構成されているので、開口端部でのみプラズマを発生させてイオンやラジカルを優勢的に生成することができるとともに、オゾンが優勢的に生成される開口端部以外の部分ではプラズマが発生しない。これにより、オゾンの生成を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させることができ、当該イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。なお、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置としていることから、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを流れる流体とプラズマとの接触面積を可及的に大きくすることができる。これによっても、イオン及びラジカルの生成量を増加させることができる。
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態のプラズマ発生装置１００は、図１１及び図１２に示すように、一対の電極２１、２２において流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘ、並びに、貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙ以外の部分にプラズマの発生を防止するプラズマ発生防止部材６が設けられている。
このプラズマ発生防止部材６は、図１３に示すように、一対の電極２１、２２間において、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端及び貫通孔２１ｃを形成する開口端から０μｍ〜５００μｍの範囲外に設けられている。言い換えれば、開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｘは、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端及び貫通孔２１ｃを形成する開口端から０μｍ〜５００μｍの領域である。この領域においては、オゾンの生成がイオンやラジカルの生成よりも劣勢である。また、本実施形態では、このプラズマ発生防止部材６は、一対の電極２１、２２間において、開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｘ以外の部分全体に設けられている。つまり、一対の電極２１、２２間において、開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｘ以外の部分全体が、プラズマ発生防止部材により充填されている。これにより、開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｘ以外の部分ではプラズマが発生しない。
プラズマ発生防止部材６は、比誘電率が１０以下の低誘電材料が最も望ましく、少なくとも比誘電率３０以下の誘電体材料で形成されている。この低誘電材料としては、例えば、アルミナ皮膜、ウレタン、ＡＢＳ樹脂、天然ゴム、ナイロン、エチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、尿素樹脂、ブチルゴム、シリコンゴム、石英などである。この低誘電材料は、各電極２１、２２の対向面に設けられた誘電体膜２１ａ、２２ａに略隙間なく密着して設けられている。このとき、プラズマ発生防止部材６を接着性を有する低誘電材料としたり、あるいは比誘電体材料に接着成分を混合させて接着性を有する低誘電体材料とすることで、当該プラズマ発生防止部材６により一対の電極２１、２２を接着させることができる。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン、酢酸ビニル樹脂、メタクリル樹脂などである。これにより、一対の電極２１、２２を互いに対向した状態で固定するための別の固定部材を不要にすることができる。
なお、プラズマ発生防止部材６を接着性を有さない低誘電材料とする場合等においては、当該プラズマ発生防止部材６を一対の電極２１、２２により挟むことにより固定しても良い。その他、プラズマ発生防止部材６を一対の電極間２１、２２に設ける方法としては、互いに分離された各電極２１、２２の誘電体膜２１ａ、２２ａ上に低誘電材料を塗布した後に、一対の電極２１、２２を誘電体膜２１ａ、２２ａが対向するように重ね合わせることが考えられる。
＜第２実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置１００によれば、流体流通孔２１ｂ、２２ｂ、貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｂ以外の部分にプラズマ発生防止部材６を設けているので、開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｂでプラズマを発生させながらも、開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｂ以外の部分で発生するプラズマを低減することができる。これにより、オゾンの生成を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させることができ、当該イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。
＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態のプラズマ発生装置１００は、図１４及び図１５に示すように、セラミック基板２１ｆ、２２ｆの対向面のうちプラズマ放電する領域に導電膜２１ｇ、２２ｇを設け、更に導電膜２１ｇ、２２ｇの上に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有するものである。
各電極２１、２２の縁部には、電圧が印加される印加部２Ｔが形成されている。各電極２１、２２には対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂが設けられており、これらが連通して全体として貫通するように構成されている。
セラミック基板２１ｆ、２２ｆとしては、例えば、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を材料とするものが用いられる。このような材料からなるセラミック基板２１ｆ、２２ｆは、例えば、グリーンシート、プレス成形等を用いた手法により形成することができる。
導電膜２１ｇ、２２ｇは、例えば、構成元素として、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ等を含む材料を用いて、スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー、物理蒸着等の手法により、セラミック基板２１ｆ、２２ｆの対向面に形成される。なかでも、前記の各種元素を含む導電性ペーストを調製し、これをスクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー等の手法によりセラミック基板２１ｆ、２２ｆ上に塗布して所定の導電性パターンを形成するのが好ましい。
導電膜２１ｇ、２２ｇは、流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口端部２１ｘ、２２ｘに設けられた環状導電膜２１ｇ１、２２ｇ１と、当該環状導電膜２１ｇ１、２２ｇ１を電気的に連絡する線状導電膜２１ｇ２、２２ｇ２とからなり、これらがネットワークを形成している。
環状導電膜２１ｇ１、２２ｇ１は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口周縁より１ｍｍ以内の領域、好ましくは０．５ｍｍ以内の領域に形成されている。また、線状導電膜２１ｇ２、２２ｇ２の幅は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
誘電体膜２１ａ、２２ａは、例えば、その構成元素として、Ｂａ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｙ、Ｍｇ等を含む材料から形成されるものが挙げられる。このような材料としては、例えば、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等が挙げられ、より具体的には、ＢａＯ、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＺｒＯ、Ｓｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢＣＴＺ（チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム（ＢａＯ、ＴｉＯ２、ＣａＯ、及び、ＺｒＯの混合物））、ＢＴＺ（チタン酸ジルコン酸バリウム（ＢａＯ、ＴｉＯ２、及び、ＺｒＯの混合物）、Ｚｒ３Ｂ４、ＳｒＢ６、ＣａＢ６、ＭｇＢ２、ＢＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｃａ３Ｎ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＣａＣ２、ＺｒＣ等が挙げられる。このような誘電体膜２１ａ、２２ａは、例えば、グリーンシート、スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー、物理蒸着等を用いた手法により形成される。これらの手法により形成された誘電体膜２１ａ、２２ａは、多孔質になりにくい。
誘電体膜２１ａ、２２ａは、その表面粗さ（算出平均粗さＲａ）が５〜５０μｍであることが好ましい。誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さがこの範囲内であれば、各電極を重ね合わせるだけで、電極２１、２２の対向面間に空隙が形成されて、当該空隙内にプラズマを発生させることができ、各電極２１、２２間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサが不要となる。
このような電極２１、２２は、例えば、次のような工程を経て作製することができる。（１）まず、セラミック基板２１ｆ、２２ｆ上に導電性ペーストを塗布して所定の導電性パターンを形成する。（２）次いで、導電性パターン上に誘電体膜２１ａ、２２ａの材料を重ねる。（３）セラミック基板２１ｆ、２２ｆと導電性パターン及び誘電体膜２１ａ、２２ａの材料とを同時に加温して焼成することにより電極２１、２２を形成する。
より具体的な電極作製法として、例えば、（Ａ）低温同時焼成セラミック（Low Temperature Co−Fired Ceramic：ＬＴＣＣ）法や、（Ｂ）プレス基板／印刷法が挙げられる。
（Ａ）低温同時焼成セラミック法では、以下のような手順で電極を作製する。
（１）セラミック粉末に、適当なバインダ、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して、セラミック基板用グリーンシート用スラリーを調製する。
（２）得られたスラリーを、ドクターブレード法、印刷法等により所定の厚さに形成し乾燥させてセラミック基板用グリーンシートを作製する。
（３）得られたセラミック基板用グリーンシートに導電性ペーストを所定のパターンでスクリーン印刷等して導電性パターンを形成し、乾燥させる。なお、導電性ペーストとしては市販のもの（例えば、京都エレックス社製ＤＤ−１１４１Ａ）を使用してもよい。
（４）誘電体粉末に、適当なバインダ、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して、誘電体膜用グリーンシート用スラリーを調製する。
（５）得られたスラリーを、ドクターブレード法、印刷法等により所定の厚さ及び形状に形成して誘電体膜用グリーンシートを作製する。
（６）（５）で得られた誘電体膜用グリーンシートを、（３）で得られた導電性パターンが形成されたセラミック基板用グリーンシートの上に積層し、プレス、カレンダーロール等で密着させる。
（７）得られた積層体に対し、所定の位置に穴をあけ、素子サイズにカットし、焼成する。
（Ｂ）プレス基板／印刷法では、以下のような手順で電極を作製する。
（１）セラミック粉末を所定の大きさの型に入れ、プレスすることにより、セラミック基板２１ｆ、２２ｆを作製する。
（２）得られたセラミック基板２１ｆ、２２ｆに対し、レーザー、プレス等により、所定の位置に穴をあけ、素子サイズにカットする。
（３）カットされたセラミック基板２１ｆ、２２ｆに導電性ペーストを所定のパターンにスクリーン印刷等して導電性パターンを形成し、乾燥させる。
（４）誘電体粉末とバインダを混合し、三本ロールで分散した後、溶剤等で印刷しやすい粘度に希釈して、誘電体ペーストを調製する。
（５）（４）で得られた誘電体ペーストを、（３）で得られた導電性パターンが形成されたセラミック基板２１ｆ、２２ｆの所定の箇所に印刷して、誘電体膜２１ａ、２２ａを形成後、焼成する。
本実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、２枚の対向した電極２１、２２の隙間のうち導電膜２１ｇ、２２ｇが形成されている領域にプラズマを発生させ、流体流通孔２１ｂ、２２ｂに送風機構３によって風を送り込み、電極２１、２２近傍で脱臭を行い、プラズマ中で生成された活性種を閉空間に放出し付着菌の殺菌を行う。
＜第３実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置１００によれば、流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口端部２１ｘ、２２ｘで選択的にプラズマ放電を行うことにより、イオンやラジカル等の活性種を優勢に発生させて、オゾンの発生量を低減することができる。
また、本実施形態に係るプラズマ発生装置１００では、セラミック粉末から電極用のセラミック基板２１ｆ、２２ｆを作製するので、電極を多様な形状に成形することができ、用途に応じた電極設計の自由度を担保することができる。
更に、本実施形態に係るプラズマ発生装置１００では、一度の焼成工程で電極２１、２２を作製することができるので、従来より容易に、かつ少ない工程で電極を作製でき、製造コストの低減を図ることができる。
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記第１実施形態では、誘電体膜２１ａ、２２ａの膜厚を制御することにより開口端部のみにプラズマが発生するように構成しているが、図１６に示すように、電極２１、２２の対向面における開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｘに環状の突条部２１ｐ、２２ｐを一体に設けても良い。この場合、電極２１、２２の対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けることにより、互いに対向する流体流通孔２１ｂ、２２ｂを形成する開口端部２１ｘ、２２ｘの対向距離Ｌ１と、貫通孔２１ｃを形成する開口端部２１ｙ及びこれに対向する誘電体膜２２ａの対向距離Ｌ２とが、開口端部以外の部分の対向距離Ｌ３よりも小さくなるように構成することができる。
また、図１７に示すように、電極２１、２２の対向面における開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｘに環状のリング部材２１ｒ、２２ｒを設けて、その電極２１、２２の対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けるようにしても良い。これならば、電極を切削加工等して一体に突条部を設ける場合に比べて加工コストを低減することができる。
また、前記実施形態ではプラズマ発生防止部材６は、開口端部以外の部分全体に設ける他、図１８に示すように、開口端部以外の部分に部分的に設けるようにしても良い。これによっても、開口端部以外の部分で発生するプラズマを低減することができ、その結果オゾンの生成量を低減することができる。
また、図１９に示すように、プラズマ発生防止部材６を流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口端部２１ｘ、２２ｘ及び貫通孔２１ｃの開口端部２１ｙの周囲を覆うように環状に形成したものであっても良い。このとき、開口端部２１ｘ、２１ｙ、２２ｘの周囲を覆うように形成した環状のプラズマ発生防止部材６は、電極内部で発生したオゾンを流体流通孔２１ｂ、２２ｂ及び貫通孔２１ｃから外部に放出されることを防止する機能も有する。これならば、プラズマ発生防止部材６を構成する低誘電材料の使用量を減らすことができ、材料コストを低減することができる。
図２０に示すように、導電膜２１ｇ、２２ｇが流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口周縁から１ｍｍを超えて離れた領域に面状に形成されているものでも良い。これならば、イオンやラジカル等の活性種に比べて、より寿命が長いオゾンを優勢に発生させることができる。このため、本実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、臭気濃度が高い場合や、浮遊菌又は付着菌が高濃度で存在する場合、又は、ヒトやペット等が近くにいない空間で使用する場合等に適している。
また、図２１に示すように、導電膜２１ｇ、２２ｇが、流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口端部２１ｘ、２２ｘに形成された環状導電膜２１ｇ１、２２ｇ１と、当該環状導電膜２１ｇ１、２２ｇ１を電気的に連絡する線状導電膜２１ｇ２、２２ｇ２と、流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口周縁部を除いた領域に面状に形成された面状導電膜２１ｇ３、２２ｇ３とから構成されているものでも良い。なお、環状導電膜２１ｇ１、２２ｇ１と線状導電膜２１ｇ２、２２ｇ２とから構成されるネットワークと、面状導電膜２１ｇ３、２２ｇ３とは、電気的に分離してある。これならば、環状導電膜２１ｇ１、２２ｇ１と線状導電膜２１ｇ２、２２ｇ２とから構成されるネットワークと、面状導電膜２１ｇ３、２２ｇ３とのいずれに電圧を印加するかを制御することにより、イオンやラジカル等の活性種とオゾンとのいずれを優勢に発生させるかを適宜選択して制御することができる。このため、臭気濃度が低い場合や、浮遊菌又は付着菌が低濃度で存在する場合、又は、ヒトやペット等が近くいる空間で使用する場合等は、環状導電膜２１ｇ１、２２ｇ１と線状導電膜２１ｇ２、２２ｇ２とから構成されるネットワークに電圧を印加して、イオンやラジカル等の活性種を優勢に発生させる一方、臭気濃度が高い場合や、浮遊菌又は付着菌が高濃度で存在する場合、又は、ヒトやペット等が近くにいない空間で使用する場合等は、オゾンを優勢に発生させることができる。
誘電体膜２１ａ、２２ａは、セラミック基板２１ｆ、２２ｆの対向面の全面に形成されていなくともよく、導電膜２１ｇ、２２ｇ上のみに形成してあればよい。誘電体膜２１ａ、２２ａの形成領域を導電膜２１ｇ、２２ｇ上のみに限定することにより、イオンやラジカル等の活性種とオゾンとの発生領域をより高精度に制御することができ、とりわけ、オゾン発生を抑制して、イオンやラジカル等の活性種を優勢に発生させたい場合に有効である。また、このように誘電体膜２１ａ、２２ａの形成領域を限定することにより、製造コストを抑制することもできる。
また、前記実施形態では、開口端部の全周に亘って誘電体膜の膜厚をそれ以外の部分の誘電体膜の膜厚よりも厚くしているが、開口端部の一部の誘電体膜の膜厚をそれ以外の誘電体膜の膜厚よりも厚くしても良い。
例えば前記実施形態では、コーティング膜を各電極の誘電体膜に設けたが、いずれか一方の誘電体膜に設けた場合であっても効果を奏する。
また、前記実施形態では電極２１の複数の流体流通孔２１ｂが同一形状をなし、また電極２２の複数の流体流通孔２２ｂが同一形状をなすものであったが、それぞれ異なる形状をなすものであっても良い。
さらに、前記実施形態では一方の電極２１又は他方の電極２２のいずれかに貫通孔が形成されているが、両方に貫通孔（半開口部）を形成するようにしても良い。
その上、前記実施形態では流体流通孔は等断面形状をなすものであったが、その他、各電極に形成される流体流通孔にテーパ面を有するもの、すり鉢状またはお椀状の形状、つまり一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものであっても良い。
加えて、流体流通孔は、円形状の他、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状であっても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
このように本発明のプラズマ発生装置によれば、オゾンの発生を抑制しつつも、イオンやラジカルの生成量を増加させて、イオンやラジカルにより脱臭する機能と、そのイオンやラジカルを装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能と十分に発揮できる。

Claims (33)

  1. 対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成されており、前記一対の電極間において前記流体流通孔を形成する開口端部のみでプラズマが発生するように構成されているプラズマ発生装置。
  2. 前記一対の電極において前記流体流通孔を形成する開口端部の対向距離が、前記開口端部以外の部分の対向距離よりも小さくなるように構成されており、
    前記一対の電極間に所定電圧を印加した場合に、前記流体流通孔を形成する開口端部のみでプラズマ放電する請求項１記載のプラズマ発生装置。
  3. 前記流体流通孔を形成する開口端部の誘電体膜の膜厚が、前記開口端部以外の部分の誘電体膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項２記載のプラズマ発生装置。
  4. 前記開口端部においてその全周に形成された誘電体膜の膜厚が、前記開口端部以外の部分の誘電体膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項３記載のプラズマ発生装置。
  5. 前記開口端部の誘電体膜の膜厚と前記開口端部以外の部分の誘電体膜の膜厚との差が、１μｍ以上５００μｍ以下である請求項３記載のプラズマ発生装置。
  6. 前記各電極の前記流体流通孔を形成する開口端部以外の部分に、プラズマの発生を防止するプラズマ発生防止部材が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  7. 前記プラズマ発生防止部材が、前記流体流通孔を形成する開口端から０μｍ〜５００μｍの範囲外に設けられている請求項６記載のプラズマ発生装置。
  8. 前記プラズマ発生防止部材が、前記一対の電極間において前記開口端部以外の部分全体に設けられている請求項６記載のプラズマ発生装置。
  9. 前記プラズマ発生防止部材が、比誘電率が３０以下の低誘電材料から形成されている請求項６記載のプラズマ発生装置。
  10. 前記プラズマ発生防止部材が、各電極の対向面又は誘電体膜に密着している請求項６記載のプラズマ発生装置。
  11. 前記一対の電極が、前記プラズマ発生防止部材により接着されている請求項６記載のプラズマ発生装置。
  12. 前記プラズマ発生防止部材が、前記一対の電極に挟まれて固定されている請求項６記載のプラズマ発生装置。
  13. 前記対向面における流体流通孔を形成する開口端部に環状の突条部が形成されており、この突条部が形成された対向面に誘電体膜が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  14. 前記対向面における流体流通孔を形成する開口端部のみに誘電体膜が形成されている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  15. 前記流体流通孔の上流側又は下流側に送風機構を設け、当該送風機構により前記流体流通孔に風が流れるように構成されている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  16. 前記誘電体膜が、溶射法によって形成されている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  17. 前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  18. 対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成しており、
    前記一対の電極間において流体流通孔を形成する開口端部、並びに、前記貫通孔を形成する開口端部及びこれに対向する部分のみでプラズマが発生するように構成されているプラズマ発生装置。
  19. 対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成されており、
    前記一対の電極間において流体流通孔を形成する開口端部、並びに、前記貫通孔を形成する開口端部及びこれに対向する部分以外の部分にプラズマ発生防止部材が設けられているプラズマ発生装置。
  20. 対向する一対の電極を備え、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するプラズマ発生装置であって、
    各電極が、それぞれ、絶縁性基板と、前記絶縁性基板の対向面に形成された導電膜と、前記導電膜上に形成された誘電体膜とを有するとともに、前記各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔が設けられ、これらが貫通するように構成してあり、
    前記導電膜が、前記絶縁性基板の対向面のうちプラズマ放電する所定の領域に選択的に形成してあることを特徴とするプラズマ発生装置。
  21. 前記導電膜が、前記絶縁性基板の対向面のうち前記流体流通孔の開口周縁から１ｍｍ以内の領域（Ａ）に形成されている請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  22. 前記導電膜が、前記絶縁性基板の対向面のうち前記流体流通孔の開口周縁から１ｍｍを超えて離れた領域（Ｂ）に形成されている請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  23. 前記導電膜が、前記絶縁性基板の対向面のうち、前記流体流通孔の開口周縁より１ｍｍ以内の領域（Ａ）と前記流体流通孔の開口周縁より１ｍｍを超えて離れた領域（Ｂ）とに形成されており、前記領域（Ａ）に形成された導電膜と前記領域（Ｂ）に形成された導電膜とは電気的に分離している請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  24. 前記誘電体膜が、前記導電膜の上及びその近傍のみに形成されている請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  25. 前記誘電体層の表面粗さ（Ｒｚ）が、１〜１００μｍである請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  26. 前記絶縁性基板が、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、及び、ＴｉＯ２からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含有する材料から形成されてなるものである請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  27. 前記誘電体膜が、その構成元素として、Ｂａ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｙ、及び、Ｍｇからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む材料から形成されてなるものである請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  28. 前記誘電体膜の材料が、酸化物、炭化物、窒化物、及び、ホウ化物からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含有するものである請求項２７記載のプラズマ発生装置。
  29. 前記導電膜が、その構成元素として、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、及び、Ｉｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む材料から形成されてなるものである請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  30. 前記誘電体膜が、グリーンシート、スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー、又は、物理蒸着により形成されてなるものである請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  31. 前記絶縁性基板が、グリーンシート、又は、プレス成形により形成されてなるものである請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  32. 前記導電膜が、スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー、又は、物理蒸着により形成されてなるものである請求項２０記載のプラズマ発生装置。
  33. 請求項２０記載のプラズマ発生装置の製造方法であって、
    前記絶縁性基板上に導電性ペーストを塗布して所定の導電性パターンを形成する工程と、
    前記導電性パターン上に前記誘電体膜を形成するための材料を重ねる工程と、
    前記絶縁性基板と前記導電性パターン及び前記誘電体膜の材料とを同時に加温して焼成することにより前記電極を形成する工程と、を備えることを特徴とするプラズマ発生装置の製造方法。
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