JP6547826B2 - オゾン生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体表面を放電面として放電を生じさせ、放電面に対向する空間中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成装置に関するものである。

誘電体の表面を放電面として利用するオゾン生成装置は、誘電体と、誘電体内部に設けた放電電極および対向電極と、を備える。このようなオゾン生成装置は、放電電極と対向電極との間に駆動電圧が印加されることによって、放電面や放電面近傍の空気中に放電を生じさせ、空気中の酸素からオゾンを生成する。オゾン生成装置が放電している状態で放電面を見ると、放電電極や対向電極の縁付近が発光するが、放電電極や対向電極の先端など電極の縁が曲がる付近は特に明るく発光する。この理由は、電極の縁が曲がる位置の近傍では、電極の縁が直線に延びる位置の近傍よりも、電界強度が強くなるためである。

オゾン生成装置を長時間にわたって駆動すると、放電面が明るく発光する領域ほど煤のような付着物が析出しやすい。そして、放電面への付着物の析出が進むと、オゾン生成装置の放電が停止することがある。また、明るく発光する位置の近傍では、誘電体の内部に存在する欠陥によって部分放電が生じやすく、この部分放電によって欠陥が拡がって誘電体の破壊が引き起こされることがある。

そこで、従来から、放電面における電界強度の分布を均一化する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、特許文献１に開示されたオゾン生成装置は、放電電極の先端部と対向電極の先端部とを丸め、これにより、電極先端部の近傍での電界強度を抑制している。

実開平５−３５８３０号公報

ただし、特許文献１に開示されたオゾン生成装置のように、電極先端部が丸められていたとしても、放電電極や対向電極の側部、すなわち、電極の縁が直線に延びる部分に比べると電極先端部の方がより電界強度が強く、放電面において電極側部に比べると電極先端部の方がより明るく発光する。したがって、放電電極や対向電極の電極先端部が丸められていたとしても、放電面において電極先端部付近が明るく発光して劣化の起点となることを抑制するのは困難である。

そこで、本発明は、放電電極や対向電極がどのような電極形状であっても、放電面における電界強度の分布を均一化できる、オゾン生成装置の提供を目的とする。

本発明のオゾン生成装置は、放電面を有する誘電体部と、前記誘電体部の内部で互いに並んで延びるとともに、それぞれ前記放電面に対向する第１電極および第２電極と、を備え、前記第１電極は、前記放電面から見て、当該第１電極が延びる方向に電極の縁が延びた直線部と、前記直線部から電極の縁が曲がって延びた曲部と、を備え、前記第１電極と前記放電面との間において前記第１電極の単位面積当たりに生じる静電容量は、前記曲部の近傍の方が前記直線部の近傍よりも小さくなっている。

以下、第１電極と放電面との間において前記第１電極の単位面積当たりに生じる静電容量のことを第１の部分静電容量と称する。上記構成では、第１の部分静電容量が曲部の近傍と直線部の近傍とで等しい場合に比べて、放電面において曲部の近傍で電界集中を抑制できる。通常、放電面においては、直線部の近傍に比べて曲部の近傍の方が、より電界強度が強いので、上記のように曲部の近傍での電界集中を抑制することができれば、放電電極や対向電極がどのような電極形状であっても放電面における電界強度の分布を均一化できる。

前記誘電体部は、前記放電面から見て前記曲部を覆う比誘電率変更部を備え、前記比誘電率変更部は、前記誘電体部に比べて低い比誘電率を有することが好ましい。

この構成では、曲部と放電面との間の間隔を変えなくても、曲部の近傍で第１の部分静電容量を小さくすることができる。

前記第１電極と前記放電面との距離は、前記直線部の近傍の方が前記曲部の近傍よりも短いことが好ましい。

この構成では、曲部の近傍で誘電体部の比誘電率を変えなくても、曲部の近傍で第１の部分静電容量を小さくすることができる。

前記誘電体部は、前記放電面から見て前記曲部を覆う突出部を備え、前記突出部は、放電面において周囲に比べて突出していてもよい。また、前記第１電極は、前記曲部の近傍が前記放電面と離れる方向に曲がっていてもよい。

これらの構成では、第１電極と放電面との間隔が、直線部の近傍に比べて曲部の近傍の方でより離れる。

前記比誘電率変更部は、前記放電面から見て、前記直線部に交差する方向に延び、前記第２電極に重なっていることが好ましい。同様に前記突出部は、前記放電面から見て、前記直線部に交差する方向に延び、前記第２電極に重なっていることが好ましい。

ここで、前述の第２電極と放電面との間において前記第２電極の単位面積当たりに生じる静電容量のことを第２の部分静電容量と称する。上記構成では、第１の部分静電容量と第２の部分静電容量とがともに、直線部の近傍に比べて曲部の近傍で小さくなるので、放電面における曲部の近傍での電界集中を更に抑制できる。

前記第２電極は、前記放電面から見て、当該第２電極が延びる方向に電極の縁が延びた直線部と、前記直線部から電極の縁が曲がって延びた曲部と、を備え、前記第２電極と前記放電面との間において前記第２電極の単位面積当たりに生じる静電容量（第２の部分静電容量）は、前記曲部の近傍の方が前記直線部の近傍よりも小さくなっていることが好ましい。

この構成では、放電面において第２電極の曲部近傍でも電界集中を抑制でき、放電面における電界強度の分布をより均一化できる。

前記オゾン生成装置は、前記放電面から見て前記第１電極と前記第２電極とが延びる方向に対して直交する方向に並べて複数対の前記第１電極および前記第２電極を備え、更に、繰り返しのパターンと循環する位相差とを有するＮ（Ｎ≧３）相の駆動電圧を出力する駆動電圧源を備え、前記複数対の第１電極および第２電極は、それらの並び順に従い第ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）相目の駆動電圧が前記駆動電圧源から入力されることが好ましい。この構成では、放電面近傍の電界強度の分布が、各電極対が並ぶ方向に沿って循環するように変化する。これにより、放電面近傍で空間中の気体が電界強度の分布の影響を受けて各電極対が並ぶ方向に沿って移動する。このため、放電面への酸素の供給と放電面からのオゾンの離脱が促進され、オゾン生成量を増やすことができる。また、気体の流れが生じることで、ほこり等が放電面に吸着しにくくなり、オゾン生成装置の信頼性も向上する。

本発明のオゾン生成装置は、放電面を有する誘電体部と、前記誘電体部の内部で互いに並んで延びるとともに、それぞれ前記放電面に対向する第１電極および第２電極と、を備え、
前記第１電極は、前記放電面から見て、当該第１電極が延びる方向に電極の縁が延びた直線部と、前記直線部から電極の縁が曲がって延びた曲部と、を備え、
前記誘電体部は、前記放電面から見て前記曲部を覆う突出部を備え、
前記突出部は、前記放電面から厚み方向に突出している。

この構成では、曲部を覆うように突出部を設けることで、曲部の近傍における第１の部分静電容量が小さくなる。そのため、放電面で曲部近傍に生じる電界強度が抑制される。これにより、放電面における電界強度の分布を均一化できる。

なお、前記突出部は、前記放電面から見て、前記直線部に交差する方向に延びていることが好ましい。

本発明のオゾン生成装置によれば、放電面において曲部の近傍で電界集中を抑制できるので、放電面における電界強度の分布を均一化することができる。これにより、放電面において、曲部付近での付着物の析出や欠陥の拡がりを生じにくくすることができ、オゾン生成装置の信頼性を高められる。

図１は、第１の実施形態に係るオゾン生成装置の放電面から見た平面図である。 図２は、第１の実施形態に係るオゾン生成装置の正面から見た断面図である。 図３は、第１の実施形態に係るオゾン生成装置に生じる電気力線を示す模式図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態に係るオゾン生成装置に生じる静電容量を説明する模式図である。 図５は、第２の実施形態に係るオゾン生成装置の放電面から見た平面図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、第３の実施形態に係るオゾン生成装置の正面から見た断面図である。 図７（Ａ）（Ｂ）は、第４の実施形態に係るオゾン生成装置の正面から見た断面図である。 図８は、第５の実施形態に係るオゾン生成装置の放電面から見た平面図である。 図９（Ａ）は、第６の実施形態に係るオゾン生成装置の電気接続図である。図９（Ｂ）は、駆動電圧Ｖ_１〜Ｖ_４の時間波形図である。 図１０は、オゾン生成装置の製造方法のフローチャートの一例を示す図である。

≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態に係るオゾン生成装置１０の放電面から見た平面図である。図２は、オゾン生成装置１０の正面から見た断面図である。

オゾン生成装置１０は、誘電体部１と、放電電極２と、対向電極３と、駆動電圧源４と、を備えている。

誘電体部１は、誘電体材料からなる。誘電体部１は、放電面（天面）１１と底面１２と左側面１３と右側面１４と正面１５と背面１６とを備えている。誘電体部１は、放電面１１から見て四角状の平板である。なお、誘電体部１の放電面１１から視た形状は、四角状に限られず、多角形状や円形状、楕円形状など任意の形状とすることができる。

放電電極２および対向電極３は、誘電体部１の内部に少なくとも一対設けている。放電電極２と対向電極３とは、それぞれの少なくとも一部領域が、底面１２から放電面１１に向かう方向（以下、厚み方向と称する。）に放電面１１と対向している。また、放電電極２と対向電極３とは、左側面１３から右側面１４に向かう方向（以下、長さ方向と称する。）に沿って延びている。

ここでは、放電電極２と対向電極３とは、それぞれ放電面１１と平行に拡がる平面導体からなり、互いに厚み方向に対向している。放電電極２は、対向電極３よりも放電面１１側に位置している。対向電極３は、放電電極２よりも幅方向での寸法が広く、放電面１１から見て、幅方向に放電電極２の両側からはみ出している。

また、放電電極２は、左側面１３側に誘電体部１の内部で終端する先端部２１を有し、先端部２１の右側面１４側に誘電体部１の右側面１４に至る直線部２２を有している。直線部２２は、放電面１１から見て、電極の縁が長さ方向に沿って延びている。先端部２１は、放電面１１から見て、電極の縁が直線部３２から曲がって幅方向に延びている。したがって、先端部２１は、放電電極２における「曲部」に相当している。

対向電極３は、右側面１４側に誘電体部１の内部で終端する先端部３１を有し、先端部３１の左側面１３側に誘電体部１の左側面１３に至る直線部３２を有している。直線部３２は、放電面１１から見て、電極の縁が長さ方向に沿っている。先端部３１は、放電面１１から見て、電極の縁が直線部３２から曲がって幅方向に沿って延びている。したがって、先端部３１は、対向電極３における「曲部」に相当している。

また、誘電体部１は、放電面１１に突出部１７，１８を備えている。突出部１７，１８は、誘電体部１の放電面１１において周囲から厚み方向に突出する部位である。放電面１１は、突出部１７，１８を除いて平坦である。また、突出部１７は、放電面１１を見て、放電電極２の先端部２１を覆うように幅方向に延びている。また、突出部１８は、放電面１１を見て、対向電極３の先端部３１を覆うように幅方向に延びている。

駆動電圧源４は、放電電極２の直線部２２側の一端と、対向電極３の直線部３２側の一端との間に電気的に接続されている。ここでは、駆動電圧源４は、対向電極３を基準電位に接続し、基準電位に対する交番電圧を放電電極２に印加する。このような交番電圧が放電電極２と対向電極３との間に印加されることによって、放電電極２および対向電極３の周囲には交番電界が生じることになる。

図３は、オゾン生成装置１０における放電電極２および対向電極３の周辺における交番電界を示す模式図である。図３中には、上記交番電界によって生じる電気力線を点線で示している。

この交番電界は、放電電極２から誘電体部１の内部のみを経由してそのまま対向電極３に至る電気力線Ａと、放電電極２から放電面１１側に伸びて誘電体部１の外部に拡がり、誘電体部１の内部に戻って対向電極３に至る電気力線Ｂとを生じる。誘電体部１の外部で、電気力線Ｂがある程度以上に高密度になると、すなわち、誘電体部１の外部での電界強度がある程度以上に強くなると、放電面１１や放電面１１の近傍の空間に絶縁破壊が生じ、これにより放電が生じる。オゾン生成装置１０においては、放電面１１において放電電極２の縁から近傍外側の対向電極３に重なる領域で電気力線Ｂが高密度になることから、この領域で放電が生じやすくなる。

図４（Ａ）は、放電電極２において単位面積当たりで生じる、対向電極３との間の静電容量を、集中定数として表現した等価回路の模式図である。

放電電極２において単位面積当たりで生じる対向電極３との間の静電容量Ｃは、図３において電気力線Ａとした電界を生じる部分静電容量Ｃａと、電気力線Ｂとした電界を生じる部分静電容量Ｃｂとを並列接続した容量回路とみなすことができる。すなわち静電容量Ｃは、次式で表すことができる。

Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ また、電気力線Ｂによる部分静電容量Ｃｂは、更に、放電電極２と放電面１１との間に電気力線Ｂを生じる第１の部分静電容量Ｃ１と、対向電極３と放電面１１との間に電気力線Ｂを生じる第２の部分静電容量Ｃ２と、放電面１１または放電面１１近傍の空間中に電気力線Ｂを生じる第３の部分静電容量Ｃ３とを直列接続した容量回路とみなすことができる。すなわち、電気力線Ｂによる部分静電容量Ｃｂは、次式で表すことができる。

１／Ｃｂ＝１／Ｃ１＋１／Ｃ２＋１／Ｃ３ このような等価回路を有するオゾン生成装置１０では、図１および図２に示した突出部１７，１８を備えていることにより、誘電体部１における先端部２１，３１付近では、誘電体部１における直線部２２，３２付近に比べて、放電電極２や対向電極３から放電面１１までの厚みが大きくなる。このことにより、誘電体部１における先端部２１，３１付近では、誘電体部１における直線部２２，３２付近に比べて、第１の部分静電容量Ｃ１や第２の部分静電容量Ｃ２が小さいものになる。

ここで放電電極２や対向電極３から放電面１１までの厚みが部分静電容量に及ぼす影響についてより詳細に説明する。第１の部分静電容量Ｃ１は、放電電極２から放電面１１までの距離をＬ１とし、真空の誘電率をε０とし、誘電体部１における比誘電率をεｒとし、放電電極２における面積をＡ（ここでは、静電容量Ｃは単位面積あたりのものであるためにＡ＝１）とした場合に、次式で表すことができる。

Ｃ１＝ε０×εｒ×Ａ／Ｌ１＝ε０×εｒ／Ｌ１ 同様に第２の部分静電容量Ｃ２は、対向電極３から放電面１１までの距離をＬ２とした場合に、次式で表すことができる。

Ｃ２＝ε０×εｒ×Ａ／Ｌ２＝ε０×εｒ／Ｌ２ これらの式において、距離Ｌ１，Ｌ２が大きくなると部分静電容量Ｃ１、Ｃ２は小さくなり、逆に距離Ｌ１，Ｌ２が小さくなると部分静電容量Ｃ１、Ｃ２は大きくなる。したがて、放電電極２や対向電極３から放電面１１までの厚みが大きい先端部２１，３１付近では、誘電体部１における直線部２２，３２付近に比べて、第１の部分静電容量Ｃ１や第２の部分静電容量Ｃ２が小さくなる。

図４（Ｂ）は、突出部１７，１８が設けられた部分に生じる第１の部分静電容量をＣ１’とし、第２の部分静電容量をＣ２’として表示し、また、突出部１７，１８が設けられていない部分に生じる第１の部分静電容量をＣ１’’とし、第２の部分静電容量をＣ２’’として示す模式図である。

誘電体部１において、放電面１１から放電電極２や対向電極３までの厚みは、突出部１７，１８が設けられている部分で大きく、突出部１７，１８が設けられていない部分では小さい。このため、前述の部分静電容量Ｃ１，Ｃ２の導出式に照らせば、突出部１７，１８が設けられている部分での部分静電容量Ｃ１’，Ｃ２’は、突出部１７，１８が設けられていない部分での部分静電容量Ｃ１’’，Ｃ２’’よりも小さいものになる。

ここで、第１の部分静電容量Ｃ１や第２の部分静電容量Ｃ２が放電面１１における電界強度に及ぼす影響について説明すると、図４（Ａ）に示す駆動電圧源４から放電電極２と対向電極３との間に駆動電圧Ｖ０を印加した場合、第１の部分静電容量Ｃ１と第２の部分静電容量Ｃ２との合成容量をＣ１２とし、放電面１１にて第３の部分静電容量Ｃ３に印加される電圧をＶ３とすると、電圧Ｖ３は、次式で表すことができる。

Ｖ３＝（Ｃ１２／（Ｃ３＋Ｃ１２））×Ｖ０ この式は、第１の部分静電容量Ｃ１と第２の部分静電容量Ｃ２との合成容量Ｃ１２が小さいほど、第３の部分静電容量Ｃ３に印加される電圧Ｖ３が低くなることを示している。

すなわち、放電面１１において、先端部２１，３１を覆うように突出部１７，１８を設けることで部分静電容量Ｃ１、Ｃ２が小さくなると、放電面１１で先端部２１，３１近傍に生じる電圧Ｖ３が低くなり、電界強度が弱くなることを示している。

通常、放電電極２や対向電極３における先端部２１，３１のように電極の縁が曲がる箇所は、直線部２２，３２のように電極の縁が直線状の箇所に比べて、近傍での電界強度がより強くなる。したがって、突出部１７，１８が設けられていなければ、放電面１１において先端部２１，３１近傍で放電が生じやすくなり、先端部２１，３１近傍が明るく発光して付着物や欠陥が成長する問題が顕在化する恐れがある。しかしながら、本実施形態のオゾン生成装置１０では、放電面１１を見て先端部２１，３１に重なるように突出部１７，１８を設けているので、放電面１１において先端部２１，３１近傍で放電を生じにくくすることができる。したがって、放電面１１において先端部２１，３１の近傍で過度な放電が生じることを抑制して、付着物や欠陥が成長する問題が顕在化することを防ぐことができる。

なお、本実施形態においては、１対の放電電極２および対向電極３のみを設ける構成例を示したが、本発明は、この構成例に限られるものではない。例えば、２対またはそれよりも多くの放電電極２および対向電極３を設けることもできる。複数対の放電電極２および対向電極３を設ける場合には、突出部１７，１８を複数対の放電電極２および対向電極３に渡るように設けることができる。または、放電電極２および対向電極３の対毎に、それぞれの先端部２１，３１に個別に重なるように突出部を設けることもできる。

また、本実施形態においては、放電電極２が対向電極３よりも放電面１１の近くに設けられる構成例を示したが、本発明は、この構成例に限られるものではない。例えば、放電電極２と対向電極３との機能を入れ替えて、放電面１１に近い方の電極を対向電極とし、放電面１１から離れる方の電極を放電電極とすることもできる。

また、本実施形態においては、放電電極２の先端部２１と対向電極３の先端部３１とのそれぞれを、突出部１７，１８が覆う構成例を示したが、本発明は、この構成例に限られるものではない。例えば、いずれか一方の先端部のみを覆うように突出部を設けることもできる。この場合には、放電面１１の近くに位置する先端部の近傍が最も電界集中し易いので、放電面１１の近くに位置する先端部を覆うように突出部を設けることが好ましい。

また、本実施形態においては、放電電極２や対向電極３の先端部２１，３１を、放電面１１から見て電極の縁がまがる「曲部」として、突出部１７，１８が覆う構成例を示したが、本発明は、この構成例に限られるものではない。例えば、放電電極２や対向電極３の長さ方向の中央付近にクランク状に曲がる部分を設け、その曲がる部分を「曲部」として、突出部で覆うこともできる。

≪第２の実施形態≫
図５は、本発明の第２の実施形態に係るオゾン生成装置１０Ａの放電面１１から見た平面図である。

オゾン生成装置１０Ａは、誘電体部１Ａと、放電電極２Ａと、対向電極３Ａと、駆動電圧源４（不図示）と、を備えている。ここでは、放電電極２Ａと対向電極３Ａとは、それぞれ放電面１１と平行に拡がる平面導体からなり、厚み方向に対向せずに幅方向に並んでいる。また、放電電極２Ａと対向電極３Ａとは、交互に２つずつ、すなわち２対設けている。なお、放電電極２Ａと対向電極３Ａは、それぞれ厚み方向において同じ高さ位置に設けられている。また、それぞれの幅方向の寸法は同じである。

また、誘電体部１Ａの放電面１１には、第１の実施形態と同様に、放電電極２Ａの先端部２１を覆うように突出部１７を設けるとともに、対向電極３Ａの先端部３１を覆う突出部１８を設けている。

このような構成のオゾン生成装置１０Ａにおいても、突出部１７，１８が先端部２１，３１付近を覆うので、放電電極２Ａや対向電極３Ａから放電面１１までの距離を大きくすることができる。したがって、この実施形態においても、やはり、先端部２１，３１付近で第１の部分静電容量Ｃ１や第２の部分静電容量Ｃ２を小さくすることができ、また、放電面１１において先端部２１，３１近傍の電界強度を弱くすることができる。これにより、本実施形態のオゾン生成装置１０Ａでも、放電面１１において先端部２１，３１の近傍で過度な放電が生じることを抑制して、付着物や欠陥が成長する問題が顕在化することを防ぐことができる。

なお、本実施形態においても第１の実施形態の末尾で説明したように構成を適宜変更することができる。例えば、放電電極２Ａおよび対向電極３Ａの対を設ける数を変更することができる。また、放電電極２Ａおよび対向電極３Ａの対毎に個別に重ねるように突出部を設けることができる。また、放電電極２Ａの先端部２１と対向電極３Ａの先端部３１とのいずれか一方のみを覆うように突出部を設けることもできる。また、放電電極２Ａや対向電極３Ａの長さ方向の中央付近にクランク状などのように曲がる部分を設け、その曲がる部分を「曲部」として、突出部で覆うこともできる。

≪第３の実施形態≫
図６（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るオゾン生成装置１０Ｂの正面から見た断面図である。オゾン生成装置１０Ｂは、誘電体部１Ｂと、放電電極２Ｂと、対向電極３Ｂと、駆動電圧源４（不図示）と、を備えている。誘電体部１Ｂは、第１の実施形態とは異なり、突出部が設けられておらず、放電面１１の全面がほぼ平坦である。そして、突出部に替えて、放電電極２Ｂと対向電極３Ｂとに、湾曲部１７Ｂ，１８Ｂが設けられている。

放電電極２Ｂおよび対向電極３Ｂは、第１の実施形態と同様に平面導体からなるが、正面から見て湾曲部１７Ｂ，１８Ｂが設けられた位置で、放電面１１と平行な方向から湾曲し、湾曲部１７Ｂ，１８Ｂよりも先端部２１，３１側の領域を、湾曲部１７Ｂ，１８Ｂよりも直線部２２，３２側の領域と比べて、より放電面１１から離している。これにより、オゾン生成装置１０Ｂにおいては、突出部を設けていなくても、先端部２１，３１付近で、放電電極２Ｂや対向電極３Ｂから放電面１１までの距離を大きくすることができる。したがって、この実施形態においても、やはり、先端部２１，３１付近で第１の部分静電容量Ｃ１や第２の部分静電容量Ｃ２を小さくすることができ、また、放電面１１において先端部２１，３１近傍の電界強度を弱くすることができる。これにより、本実施形態のオゾン生成装置１０Ｂでも、放電面１１において先端部２１，３１の近傍で過度な放電が生じることを抑制して、付着物や欠陥が成長する問題が顕在化することを防ぐことができる。

なお、本実施形態においても第１の実施形態の末尾で説明したように構成を適宜変更することができる。例えば、放電電極２Ｂおよび対向電極３Ｂの対を設ける数を変更することができる。また、放電電極２Ｂや対向電極３Ｂの長さ方向の中央付近にクランク状などのように曲がる部分を設け、その曲がる部分を「曲部」として、突出部で覆うこともできる。

図６（Ｂ）は、第３の実施形態の変形例に係るオゾン生成装置１０Ｃの正面から見た断面図である。オゾン生成装置１０Ｃは、誘電体部１Ｃと、放電電極２Ｃと、対向電極３Ｃと、駆動電圧源４（不図示）と、を備えている。このオゾン生成装置１０Ｃは、第２の実施形態と同様、放電電極２Ｃと対向電極３Ｃとが厚み方向における同じ高さ位置に設けられ、互いに幅方向に並んでいる。そして、この構成においても、放電電極２Ｃと対向電極３Ｃとに、湾曲部１７Ｃ，１８Ｃを設け、これにより、先端部２１，３１の近傍を放電面１１から離している。このように、放電電極と対向電極とが同じ高さ位置に並ぶ構成であっても、放電電極と対向電極とに湾曲部を設ける第３の実施形態を実現することもできる。

≪第４の実施形態≫
図７（Ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るオゾン生成装置１０Ｄの正面から見た断面図である。オゾン生成装置１０Ｄは、誘電体部１Ｄと、放電電極２Ｄと、対向電極３Ｄと、駆動電圧源４（不図示）と、を備えている。誘電体部１Ｄは、第１の実施形態や第２の実施形態とは異なり、突出部や湾曲部が設けられておらず、それらに替えて比誘電率変更部１７Ｄ，１８Ｄが設けられている。比誘電率変更部１７Ｄ，１８Ｄは、誘電体部１Ｄにおける周囲よりも比誘電率が低い誘電体材料で構成された部位である。比誘電率変更部１７Ｄ，１８Ｄは、放電電極２Ｄや対向電極３Ｄの先端部２１，３１を覆うように設けられている。

ここで、第１の実施形態で示した第１の部分静電容量の式と第２の部分静電容量の式とを再び示すと、Ｃ１＝ε０×εｒ／Ｌ１および、Ｃ２＝ε０×εｒ／Ｌ２である。

これらの式においてεｒは、比誘電率であり、比誘電率εｒが小さくなると第１の部分静電容量Ｃ１や第２の部分静電容量Ｃ２は小さくなる。したがって、本実施形態で示すように、突出部や湾曲部が設けられていなくても、周囲よりも比誘電率が低い比誘電率変更部１７Ｄ，１８Ｄが先端部２１，３１の近傍に設けられることで、やはり第１の部分静電容量Ｃ１や第２の部分静電容量Ｃ２を小さくすることができ、また、放電面１１において先端部２１，３１近傍の電界強度を弱くすることができる。これにより、本実施形態のオゾン生成装置１０Ｄでも、放電面１１において先端部２１，３１の近傍で過度な放電が生じることを抑制して、付着物や欠陥が成長する問題が顕在化することを防ぐことができる。

なお、本実施形態においても第１の実施形態の末尾で説明したように構成を適宜変更することができる。例えば、放電電極２Ｄおよび対向電極３Ｄの対を設ける数を変更することができる。また、放電電極２Ｄの先端部２１と対向電極３Ｄの先端部３１とのいずれか一方のみを覆うように比誘電率変更部を設けることもできる。また、放電電極２Ｄや対向電極３Ｄの長さ方向の中央付近にクランク状などのように曲がる部分を設け、その曲がる部分を「曲部」として、比誘電率変更部で覆うこともできる。

図７（Ｂ）は、第４の実施形態の変形例に係るオゾン生成装置１０Ｅの正面から見た断面図である。オゾン生成装置１０Ｅは、誘電体部１Ｅと、放電電極２Ｅと、対向電極３Ｅと、駆動電圧源４（不図示）と、を備えている。このオゾン生成装置１０Ｅは、第２の実施形態と同様、放電電極２Ｅと対向電極３Ｅとが同じ高さ位置で並んでいる。そして、このような構成において、放電電極２Ｅと対向電極３Ｅとに重なるように、比誘電率変更部１７Ｅ，１８Ｅを設け、これにより、先端部２１，３１の近傍で部分静電容量Ｃ１，Ｃ２を小さくしている。このように、放電電極と対向電極とが同じ高さ位置で並ぶ構成であっても、比誘電率変更部を設ける第４の実施形態を実現することができる。

≪第５の実施形態≫
図８は、本発明の第５の実施形態に係るオゾン生成装置１０Ｆの放電面１１から見た平面図である。オゾン生成装置１０Ｆは、誘電体部１Ｆと、放電電極２Ｆと、対向電極３Ｆと、駆動電圧源４（不図示）と、を備えている。この実施形態は、第２の実施形態と誘電体部１Ｆが有する突出部１７Ｆ，１８Ｆの形状が相違している。突出部１７Ｆは、各放電電極２Ｆに対して個別に設けられ、それぞれの先端部２１のみに重なるように設けられている。また、突出部１８Ｆは、各対向電極３Ｆに対して個別に設けられ、それぞれの先端部３１のみに重なるように設けられている。このように突出部を設けることもできる。

≪第６の実施形態≫
図９（Ａ）は、本発明の第６の実施形態に係るオゾン生成装置１０Ｇの電気接続図である。オゾン生成装置１０Ｇは、概要構成については前述の第１の実施形態の構成と同じであり、誘電体部１Ｇと放電電極２Ｇと対向電極３Ｇ（不図示）と駆動電圧源４Ｇとを備えている。ここでは、放電電極２Ｇと対向電極３Ｇとは４対以上設けられている。放電電極２Ｇおよび対向電極３Ｇの各対は幅方向に並ぶ順番に４組に組み分けされている。そして、駆動電圧源４Ｇは、放電電極２Ｇおよび対向電極３Ｇの各対の組数と同じ４相の駆動電圧Ｖ_１〜Ｖ_４を出力するよう構成している。各組の放電電極２Ｇには、組番号に対応する相番号の駆動電圧Ｖ_１〜Ｖ_４が入力されるよう構成している。

図９（Ｂ）は、駆動電圧Ｖ_１〜Ｖ_４の時間波形図である。駆動電圧Ｖ_１〜Ｖ_４は、それぞれ同じ繰り返しパターンと、相番号の順に位相差９０°を有している。したがって、駆動電圧Ｖ_１〜Ｖ_４は、相番号の順に位相差が循環する関係になっている。

このように構成されたオゾン生成装置１０Ｇにおいては、放電面１１近傍の電界強度の分布が幅方向に沿って循環するように変化する。これにより、放電面１１の近傍で空間中の気体が電界強度の影響を受けて幅方向に沿って移動することになる。このため、放電面への酸素の供給と放電面からのオゾンの離脱が促進され、オゾン生成量を増やすことができる。また、気体の流れが生じることで、ほこり等が放電面に吸着しにくくなり、オゾン生成装置１０Ｇの信頼性も向上する。

なお、本実施形態では、駆動電圧Ｖ_１〜Ｖ_４としてパルス波信号を用いる例を示したが、駆動電圧Ｖ_１〜Ｖ_４は、その他にも正弦波信号や矩形波信号を用いることも可能である。パルス波信号や矩形波信号を用いれば、正弦波信号を用いる場合よりも、放電が開始される電圧を低電圧化することができ、より好ましい。また、本実施形態では、駆動電圧の相数を４とする例を示したが、駆動電圧の相数は３以上であれば任意の整数を採用することができる。また、本実施形態では、各駆動電圧で同じパターン波形となる例を示したが、各駆動電圧のパターン波形は同じでなくても良い。例えば振幅や繰り返しの周期が相違する駆動電圧を用いるようなこともできる。

≪製造方法の例示と信頼性試験≫
各実施形態に係るオゾン生成装置の実機を用い、信頼性試験を行った。

まず、オゾン生成装置の製造方法を、突出部を設けた実機の場合を代表として説明する。

図１０は、オゾン生成装置の実機における製造方法のフローチャートを示す図である。

突出部を備える実機の製造では、まず、誘電体グリーンシートの形成を行った（Ｓ１）。具体的には、CaO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ガラスとAl₂O₃をトルネン/エタノール混合溶媒と分散剤、バインダーとともにボールミルで8hr分散処理を行った後、ドクターブレード法により誘電体グリーンシートを形成した。なお、誘電体グリーンシートの製造に用いる各種材料や具体的な工法は上記に限定されるものではなく、誘電体部を構成する誘電体材料の種類に応じて設定するとよい。例えば、誘電体材料としては、Al2O3、SiO2、ZrO2、各種ガラス、BaTiO3などの酸化物、LTCCを構成するガラスと酸化物フィラーとの混合物、エポキシやポリイミドなどの樹脂、など誘電体部に高い絶縁性を実現することができるものであれば適宜の材料を用いることができる。

次に、実機の製造では、放電電極および対向電極となる導体ペーストパターンの形成を行った（Ｓ２）。具体的には、スクリーン印刷により、Agペーストを誘電体グリーンシートに印刷することにより、放電電極および対向電極となる導体ペーストパターンを形成した。

なお導体ペーストの材料は、誘電体グリーンシートに対して形成可能であれば特に限定されるものではないが、酸化物材料などからなる誘電体グリーンシートと同時焼成する場合には、導体ペーストとしては、Cu、Ag、Pd、Pt、W、もしくは、RuO2の抵抗ペーストなどを選択することが望ましい。

次に、実機の製造では、複数の誘電体グリーンシートを積み重ねて積層し、圧力を加えて一体化した後に焼成した（Ｓ３）。この際、放電電極上の誘電体厚みが40μm、対向電極上の誘電体厚みが120μm、全体の厚みが500μmとなるようにした。

そして、実機の製造では、突出部の形成を行った（Ｓ４）。具体的には、電極印刷した誘電体グリーンシートの電極印刷パターンの曲部を覆うように、ガラスペースト、もしくは誘電体ペーストを各電極の先端部がおおわれるような印刷パターンで塗布し、ガラスペーストを焼きつけることにより、突出部を誘電体厚みが10μmとなるように形成した。

以上のようにして、突出部を備えるオゾン生成装置の実機を製造した。

なお、上記した実機の製造方法においては、突出部をガラスペーストの塗布と焼きつけにより形成したが、例えば、シート状の誘電体材料を所望のパターンに打ち抜いて、焼成後または未焼成の積層体に積層し、これを焼成することにより、突出部を形成するようにしてもよい。また、突出部の材料としては、ガラスペーストの他、任意の絶縁性材料を用いることができる。ただし、信頼性などの観点からは、誘電体部の要部と突出部とで熱膨張率などの特性が近いことが望ましいので、突出部の材料としてはそのような特性が得られるものを選択することが望ましい。また、突出部の誘電体厚みは、5μm以上あることが望ましい。突出部の厚みがこれよりも薄い場合には、突出部の製造ばらつきによって、放電電極や対向電極の先端部近傍での放電を低減できない場合がある。また、放電電極と放電面の間の間隔は、10μm〜100μmの範囲に納まることが好ましい。この間隔が10μm以下であると、誘電体部における絶縁性が乏しくなり、放電時に破壊的な放電が生じることがある。一方で、この間隔が100μm以上であると、放電に必要な電圧が高くなり、昇圧回路に利用されるトランスの大型化などにより電源コストが上昇してしまう。したがって上記間隔は、50μm以下が特に好ましい。また、各電極の幅や、幅方向の隣接間隔は、10μｍ〜200μmであればよく、特に30μｍ〜100μｍであることが望ましい。これらが30μｍを下回ると、印刷方式での配線形成の難易度が上がり、歩留まりが悪くなる。また、100μｍ以下であれば、より安価なトランスの使用が可能な、低電圧での駆動が可能となる。

また、突出部ではなく湾曲部を設ける場合には、突出部を形成する工程（Ｓ４）を行わずに、誘電体グリーンシートを積層して焼成する工程（Ｓ３）で、放電電極や対向電極に対して先端部のみに重なるパターン（例えば枠状）の誘電体グリーンシートを、放電面に積層する。そして、積層体の全体に圧力をかけながら焼成する。この際、バインダーの流動によって放電面が平坦化するように、各主材料や圧力、加熱時間などを設定する。これにより積層体内部の導体ペーストパターンが、枠状の誘電体グリーンシートの形状に沿って厚み方向に変形するので、放電電極や対向電極を湾曲させることができる。

また、突出部や湾曲部ではなく、比誘電率変更部を設ける場合には、突出部を形成する工程（Ｓ４）を行わずに、誘電体グリーンシートを積層して焼成する工程（Ｓ３）で、放電電極や対向電極に対して先端部のみに重なるように開口を設けた誘電体グリーンシートを放電面に積層して焼成する。そして、焼成後に、異なる比誘電率を有する誘電体材料のペースト等で放電部の開口を埋めて、そのペーストを固体化させる工程を行うことで、比誘電率変更部を設けることができる。

以上のような製造方法で製造した各実施形態に係る実機および比較例に係る実機に対し、信頼性試験を行った。信頼性試験においては、槽内を40℃−90%環境に保った恒温槽において、各実機を所定時間（500hr）連続放電させた。そして、連続放電中に、ケース内の気体を一定の速度でオゾン濃度計に吸引してオゾン濃度を測定した。連続放電の開始初期のオゾン濃度と連続放電終了直後のオゾン濃度を以下に示す。

放電電極と対向電極とが厚み方向に対向する実機においては、以下の信頼性試験の結果が得られた。

・第１の実施形態（図１：突出部あり、電極対向型）初期：22.1ppm → 試験後：20.5ppm ｜ オゾン濃度低下率：7.2%
・第３の実施形態（図６（Ａ）：湾曲部あり、電極対向型）初期：22.8ppm → 試験後：21.5ppm ｜ オゾン濃度低下率：5.7％
・比較例（突出部、湾曲部なし、電極対向型）初期：24.5ppm → 試験後：17.65ppm ｜ オゾン濃度低下率：28%
これらの結果、本発明の実施形態に係る実機では、比較例に比べてオゾン濃度の低下が大幅に抑制されている。これは、本発明の実施形態に係る実機では、放電電極および対向電極の先端部から放電面までの厚みが増した結果、電極先端部の近傍で放電を抑制でき、煤のような付着物の析出が抑制されたためと考えられる。

また、本発明の実施形態に係る実機同士を比較すると、突出部を設ける構成よりも湾曲部を設ける構成のほうが、オゾン濃度および低下率ともに良好になる傾向が確認された。

これは、湾曲部を設ける構成では放電面が平坦になるために、放電面への外気の供給とオゾンの離脱が生じやすくなったためと考えられる。

また、放電電極と対向電極とが同じ高さ位置で幅方向に並ぶ場合、以下の信頼性試験の結果が得られた。

・第２の実施形態（図５：突出部連続、電極櫛型）初期：27.6ppm → 試験後：23.8ppm ｜ オゾン濃度低下率：13.8％
・第５の実施形態（図８：突出部分離、電極櫛型）初期：27.3ppm → 試験後：24.1 ppm ｜ オゾン濃度低下率：11.7％
・第３の実施形態（図６（Ｂ）：湾曲部、電極櫛型）初期：28.6ppm → 試験後：25.8 ppm ｜ オゾン濃度低下率：9.7％
・比較例（突出部、湾曲部なし：電極櫛型）初期：30.8ppm → 試験後：16.3 ppm ｜ オゾン濃度低下率：47.1％
これらの結果からも、本発明の実施形態に係る実機では、やはり比較例に比べてオゾン濃度の低下が大幅に抑制されている。また、本発明の実施形態に係る実機同士を比較しても、やはり突出部を設ける構成よりも湾曲部を設ける構成のほうがオゾン濃度および低下率が良好になる。更には、突出部を設ける場合でも、突出部を分離して設けるよりも突出部を連続して延びるように設ける構成のほうが、オゾン濃度および低下率が良好になる傾向が確認された。これらのことも、放電面が連続的な形状であるほうが、放電面への外気の供給とオゾンの離脱が生じやすくなるためと考えられる。

また、駆動電圧に位相差を持たせることで、放電面に気流を発生させる場合、以下の信頼性試験の結果が得られた。

・第６の実施形態（突出部あり：気流型）初期：35.7ppm → 試験後：31.2 ppm ｜ オゾン濃度低下率：12.6％
・第３の比較例（突出部なし：気流型）初期：37.0ppm → 試験後：19.8 ppm ｜ オゾン濃度低下率：46.5％
これらの結果からも、本発明の実施形態に係る実機では、やはり比較例に比べてオゾン濃度の低下が大幅に抑制されている。また、上記実機では放電面に気流が発生することによって、放電面への外気の供給とオゾンの離脱が促進されるので、他の構造に比べて格段に高いオゾン濃度が得られている。

なお、以上に説明した各実施形態や実機の構成はあくまで例示であり、本発明の作用効果は特許請求の範囲の構成であれば、どのような構成であっても得ることができる。また、各実施形態に開示した構成は、どのように組み合わせてもよい。

１…誘電体部
２…放電電極
３…対向電極
４…駆動電圧源
１０…オゾン生成装置
１１…放電面
１２…底面
１３…左側面
１４…右側面
１５…正面
１６…背面
１７，１８，１７Ｆ，１８Ｆ…突出部
１７Ｂ，１８Ｂ，１７Ｃ，１８Ｃ…湾曲部
１７Ｄ，１８Ｄ，１７Ｅ，１８Ｅ…比誘電率変更部
２１，３１…先端部
２２，３２…直線部

Claims (9)

1. 放電面を有する誘電体部と、
   前記誘電体部の内部で互いに並んで延びるとともに、それぞれ前記放電面に対向する第１電極および第２電極と、を備え、
   前記第１電極は、前記放電面から見て、当該第１電極が延びる方向に電極の縁が延びた直線部と、前記直線部から電極の縁が曲がって延びた曲部と、を備え、
   前記第１電極と前記放電面との間において前記第１電極の単位面積当たりに生じる静電容量は、前記曲部の近傍の方が前記直線部の近傍よりも小さく、
   前記第２電極は、前記放電面から見て、当該第２電極が延びる方向に電極の縁が延びた直線部と、前記直線部から電極の縁が曲がって延びた曲部と、を備え、
   前記第２電極と前記放電面との間において前記第２電極の単位面積当たりに生じる静電容量は、前記曲部の近傍の方が前記直線部の近傍よりも小さい、
   オゾン生成装置。
2. 前記第１電極と前記放電面との距離は、前記直線部の近傍の方が前記曲部の近傍よりも短い、
   請求項１に記載のオゾン生成装置。
3. 放電面を有する誘電体部と、
   前記誘電体部の内部で互いに並んで延びるとともに、それぞれ前記放電面に対向する第１電極および第２電極と、を備え、
   前記第１電極は、前記放電面から見て、当該第１電極が延びる方向に電極の縁が延びた直線部と、前記直線部から電極の縁が曲がって延びた曲部と、を備え、
   前記第１電極は、前記曲部の近傍が前記放電面と離れる方向に曲がっており、
   前記第１電極と前記放電面との距離は、前記直線部の近傍の方が前記曲部の近傍よりも短く、
   前記第１電極と前記放電面との間において前記第１電極の単位面積当たりに生じる静電容量は、前記曲部の近傍の方が前記直線部の近傍よりも小さい、
   オゾン生成装置。
4. 前記第２電極は、前記放電面から見て、当該第２電極が延びる方向に電極の縁が延びた直線部と、前記直線部から電極の縁が曲がって延びた曲部と、を備え、
   前記第２電極と前記放電面との間において前記第２電極の単位面積当たりに生じる静電容量は、前記曲部の近傍の方が前記直線部の近傍よりも小さい、
   請求項３に記載のオゾン生成装置。
5. 前記誘電体部は、前記放電面から見て前記曲部を覆う突出部を備え、
   前記突出部は、前記放電面において周囲に比べて突出している、
   請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のオゾン生成装置。
6. 前記突出部は、前記放電面から見て、前記直線部に交差する方向に延び、前記第２電極に重なっている、
   請求項５に記載のオゾン生成装置。
7. 前記誘電体部は、前記放電面から見て前記曲部を覆う比誘電率変更部を備え、
   前記比誘電率変更部は、前記誘電体部に比べて低い比誘電率を有する、
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のオゾン生成装置。
8. 前記比誘電率変更部は、前記放電面から見て、前記直線部に交差する方向に延び、前記第２電極に重なっている、
   請求項７に記載のオゾン生成装置。
9. 前記放電面から見て前記第１電極と前記第２電極とが延びる方向に対して直交する方向に並べて複数対の前記第１電極および前記第２電極を備え、
   繰り返しのパターンと循環する位相差とを有するＮ（Ｎ≧３）相の駆動電圧を出力する駆動電圧源を更に備え、
   前記複数対の第１電極および第２電極は、それらの並び順に従い第ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）相目の駆動電圧が前記駆動電圧源から入力される、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のオゾン生成装置。

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